民营火箭公司蓝箭:朱雀一号后还有空天飞机,目标是洲际往返

澎湃新闻见习记者 张静

2018-09-27 19:29 来源:澎湃新闻

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总装工厂保持35%-50%的湿度,温度也严格控制,任何进入工厂的人员必须先经过静电测试。一切手段都是为了防止静电引爆已经浇铸在火箭箭体内的20吨固体燃料。
朱雀一号 资料图
近日,朱雀一号固体三级火箭总装完毕,控制测量系统、动力系统和地面系统已经完成多项试验验证工作。如果总测顺利,10月份它将在酒泉卫星发射中心升空,送央视为《加油!向未来》节目定制的科普教育卫星“未来号”去太阳同步轨道,而它也可能成为第一枚能上天的民营运载火箭。
北京蓝箭空间科技有限公司(下称“蓝箭”)投入1亿元人民币经费研制朱雀一号。这家成立于2015年6月的商业火箭公司聚焦于中小型的商业航天应用市场,主要研制液氧甲烷航天发动机及液氧甲烷火箭,创始人之一、蓝箭CEO张昌武还是金融出身。
9月27日,朱雀一号已经启程运往酒泉卫星发射中心,10月底将搭载“未来号”卫星发射入轨。这枚火箭孕育自陕西西安一处火箭总装工厂内,它或将成为中国第一枚民营运载火箭。
固体火箭朱雀一号的过渡使命
澎湃新闻记者在进入火箭总装工厂前,需要在门口的小球触摸3秒,显示绿灯意味着无静电,方可入内。虽然蓝箭CEO张昌武立志要造一枚液氧甲烷火箭,蓝箭首飞的朱雀一号却是一枚固体三级运载火箭,起飞重量27吨,起飞推力45吨,直径1.35米。它的工作原理就像“二踢脚”,封闭的容器内浇铸固体火药,点火以后在容器中燃烧,产生的高温高压燃气从尾部的喷管喷出产生推力。
三级火箭由三个发动机构成串联。按照常理,火箭“想爬高”,必须靠多级。单级火箭和两级火箭属探空火箭,真正能入轨的火箭至少需要三级。等它上天,每一级箭体上的8个特制螺栓在接到命令后解锁,一级用完扔掉一级,再接着往天上跑。跑到100多公里时,整流罩分离,接着卫星继续飞行到达预定轨道。
“每次飞行实验,分离一直是我们搞火箭的最揪心的地方。分离后,给上面的控制力得刚好够,这是状态最复杂的环节。”蓝箭技术总监蔚莱回忆他在中国运载火箭技术研究院工作时的情景,每次一到实验的分离环节,总设计师们齐齐盯向大屏幕,观察分离细节。火箭正常飞行时反倒不担心。这位研究了半辈子的技术总监一下飞机就换上带有蓝箭标志的黑色T恤,嘴上说的全是火箭,还有他第一次乘飞机的经历。
今年2月,马斯克的Space X发射了“猎鹰重型”(Falcon Heavy)火箭。搭载火箭奔向太空的是一辆樱桃红的特斯拉敞篷电动跑车,载着假人,车上还播着大卫·鲍伊的经典歌曲《太空怪人》。
由蔚莱带头研制的朱雀一号还无法“打”一辆上吨的汽车上天。定位为小火箭,它的近地轨道运载能力是300千克,太阳同步轨道运载能力是200千克,相当于3-5个标准身材的成年人体重。朱雀一号瞄准了微小卫星和微纳卫星的发射市场。
2015年以来,民营商业卫星公司纷纷进场,九天微星、天仪研究院、千乘探索、微纳星空主打商业小卫星的研发制造。这些小卫星都将目光放在低轨道上。低轨道意味着低覆盖,低覆盖意味着卫星数量要多。民营卫星公司正在酝酿卫星组网的布局。商业卫星公司九天微星要在2021年底前发射72颗低轨卫星,完成物联网星座的全球组网。在国外,Space X将在2019年启动正式的卫星发射工作并持续到2024年。这5年里,马斯克需要将组网所需的4425颗卫星送入近地轨道。
今年6月,美国卫星工业协会(SIA)发布《2018年卫星产业状况报告》,对2017年全球卫星产业发展及其产值进行全面评估,去年一年创造了345颗卫星的发射记录,共进行90次发射活动,其中64次为商业卫星发射,卫星产业规模达2690亿美元,同比增长3%。
“卫星公司都希望往天上扔(小卫星),有了这款火箭以后,蓝箭帮着这些微小卫星公司一起成长。”在蔚莱的描述中,朱雀一号更像一款过渡型火箭,当市场只需要小卫星的发射服务时,初创的蓝箭也打造一款小火箭,“等小猪仔养肥了,他们搞大卫星时,我们的大火箭就出来了。”
民营商业火箭的市场来自民营商业卫星。不过,浙江大学航空航天学院副院长、微小卫星研究中心主任金仲和对目前国内商业卫星发射市场的需求提出另一种看法,“想发卫星的企业没有那么多,因为卫星真正的商业用途还没有起来。”
卫星的市场没起来,商业运载火箭的赚钱途径在金仲和看来并不明朗。“显然他们都要烧钱,关键是谁能烧到那个时候。”
民营卫星公司九天微星CEO谢涛告诉澎湃新闻记者,九天微星的两次卫星发射都搭国家队的火箭上天,能送商业卫星入轨的民营火箭产品还没做出来。之所以没有这款产品,他认为还是技术能力的缺乏,“但我希望他们能早日具备这个能力,把成本大幅度降下来。”
国家队的搭载服务已经排到7年之后
2015年6月,当时32岁的山东人张昌武从金融跨界,与国家“千人计划”专家、曾在欧洲航天局工作15年的吴树范一起创办了蓝箭航天。张昌武毕业于清华大学,曾就职于汇丰银行和西班牙桑坦德银行,原本从事的是汽车金融等领域的工作。
蓝箭成立的2个月后,一家名为零壹空间的商业火箭公司也成立了,随后是星际荣耀、深蓝航天等民营火箭公司走上商业航天舞台。和民营商业卫星公司的起步时间几乎同步,商业火箭也崭露头角。
“我们决定去做(商业火箭),国内的人才非常确定是可以支撑起来这件事了,国内的配套体系也非常完整。国内的资本环境,我觉得在世界上是一流的。但国内的政策开放程度怎么样?开放的节奏怎么样?这些确实未知的。”金融出身的张昌武对资本和机遇总是敏锐的。正如他的装扮——西装革履加大背头,即便投身火箭领域,他看上去依然像个金融人士。“很多领域都存在未知,一旦一切条件成熟了,这个机遇肯定就没有了。”
政策上的机遇在蓝箭创立前后有所显露。2014年11月,国务院发布《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》,鼓励民间资本研制、发射和运营商业遥感卫星,提供市场化、专业化服务;引导民间资本参与卫星导航地面应用系统建设。2015年,军民融合被上升为国家战略。2016年12月,国务院新闻办公室发表《2016中国的航天》白皮书,鼓励引导民间资本和社会力量有序参与航天科研生产、空间基础设施建设、空间信息产品服务、卫星运营等航天活动,大力发展商业航天。
航天事业一线工作人员也嗅到了商业航天的苗头。朱雀一号的总装设计师戴政曾经在中国运载火箭技术研究院工作。加入蓝箭之前,他认为商业卫星发射的需求已经“进入一个爆发的临界点”。
“外面一些小卫星和微小卫星公司找到国家队的火箭,说能不能通过搭载给他们给打上去。最后发展到找我们搭载的公司已经排到7年之后。”预约7年才能发射一颗星,这对拼命成长、希望成为领域内独角兽的商业卫星公司来讲并不现实。
上天找“风口”,那些被称为“中国的马斯克们”纷纷加紧商业火箭的布局步伐。他们都想跑快些,争夺“首枚”称号。一旦风口过了,民营商业火箭的蛋糕也许就分不到了。就像金仲和说的,“从发上去来讲,谁先发上去就有优势。”
成立于2016年10月的星际荣耀,在今年4月首飞“双曲线一号S”,这枚被称为中国首枚上天的民营固体验证火箭从提出、设计、制造到发射,在60天内完成,堪称“火箭速度”。一个多月后,民营航天科技公司零壹空间发射了“重庆两江之星”探空火箭,这枚火箭被称为中国首枚民营自主研究的火箭。9月5日,星际荣耀的商业亚轨道探空火箭“双曲线一号”搭载3颗立方体星在酒泉卫星发射中心发射,进行亚轨道验证飞行。两天后,零壹空间官微称,“重庆两江之星”商用亚轨道火箭成功发射。
蓝箭也想做“首枚”——首枚搭载卫星进入太阳同步轨道的民营商业运载火箭。
“蓝箭、零壹空间、星际荣耀,每家公司都有自己的特点,但从现在来看,当他们真正把运载火箭发入轨之前,都不太好说谁更有优势。谁第一个把运载火箭打入轨,也不完全说明问题。”金仲和仍然觉得,对于民营商业航天来说,“除了技术实力本身,商业能不能做起来是关键。现在这几家商业火箭的技术主要来自国家队,从技术实力来讲还谈不上综合性的比较。”
技术上,民营商业火箭总带有国家队基因。蓝箭成立一年半,蔚莱跳出国家队,加入蓝箭的前提是,蓝箭的未来不是造探空火箭。1958年,中国发射第一枚自行研制的二级固体探空火箭“东方-1号”。如果蓝箭继续干60年前航天前辈干过的产品,蔚莱不会考虑蓝箭。
他想做液氧甲烷发动机,节省成本,还能回收。最终干一款能空天往返的飞机,一小时到达地球各角落。“space X是垂直回收,从这儿蹦到那儿。我希望是从这儿飞到那儿。他要上火星,我就想解决地球人的快速洲际往返。”微胖的蔚莱用手灵活比划飞行路线。
如果今年试车成功,蓝箭想死都不容易
“在液氧甲烷发动机这个领域,比我们走得快的,只有SpaceX和蓝色起源(亚马逊CEO杰夫·贝索斯旗下的一家商业太空公司)。”在火箭总装工厂的2楼,除了几个员工宿舍,还有一个简单的会议室。会议室屏幕上正播放张昌武接受某家媒体采访时的视频。西装、衬衫、大背头,张昌武字正腔圆评价蓝箭主打的液氧甲烷发动机。
液氧甲烷发动机就像一针鸡血,让蓝箭人振奋。和视频里的张昌武一样,会议室里的蔚莱语调平和却不止一次放话,“如果今年(百吨级液氧甲烷发动机)能试车成功,哪怕推迟一点进度,等于蓝箭想死都不容易。”他甚至觉得,民营商业航天发展的难点不在技术,而在观念。换句话说,他要挑战中国人的思维模式,慢慢让更多人接纳他们。“这需要一个周期,如果我说明天要载人,我估计没有哪个中国人敢到我这儿坐。”
蓝箭走的是液体火箭的技术路径。今年3月,蓝箭10吨级液氧甲烷火箭发动机推力室试车成功。发动机被命名为“凤凰”,寓意吉祥和谐、一飞冲天。
这项技术早在2011年被国家队掌握。2011年,中国航天科技集团公司六院北京11所60吨级液氧甲烷发动机首次试验取得成功。2016年,液氧甲烷发动机在中国航天科技集团公司六院101所也完成200秒热试车。近日,西安航天动力研究所的一则启事也显示,10吨液氧甲烷发动机和百吨级液氧甲烷发动机也是该所瞄准未来可重复使用低成本运载火箭而自主研发的两个关键型号。
选择液氧甲烷作为推进剂,张昌武看中的是成本低。“民用甲烷价格普遍在3-5元一公斤,相比于航天的煤油、液氢液氧,它的价格算白菜价。”液氧甲烷无毒无污染,比冲高,动力强,燃烧之后不结焦,获取渠道广泛。
煤油分子链大,燃烧易积炭,甲烷和氧气在一起燃烧就没有这一问题,对于可重复使用来说,液氧甲烷的组合减少了后期清洗的步骤和成本。
不过,金仲和说,液氧甲烷是一种技术途径,在技术难度上和其他没有技术差别,“你说特别先进还谈不上,主要是为了降低成本。”
液氧甲烷火箭能实现高频次的火箭回收复用。实现可回收后,火箭的成本就变成单次发射所需要的推进剂成本,再加上配套设施和人力成本。就像飞机的一次飞行所需要的燃油费和服务成本。张昌武自信,如果实现可回收,火箭的发射称得上白菜价,以公斤为单位,单次发射服务价格能降到一两千人民币一公斤。而目前还需要1万美元一公斤。
根据蓝箭航天设定的核心任务节点:2018年,完成“天鹊”百吨级液氧甲烷发动机的研制;2019年,将基于这款发动机的中型液氧甲烷液体火箭“朱雀二号”生产完毕到出厂的状态,并争取获得发射许可;2020年,完成发射,正式商业化。
“我跟我们团队画饼,未来的太空圈非常大,你的脑袋有多大空间,未来太空经济就有多大。地球是人类的摇篮,但我们不可能永远生活在摇篮里。”讲情怀,蔚莱语调平和,话却带有鼓动性。
“大家还在讲故事的阶段。”金仲和看到的是民营商业航天的技术、人才仍然来自集团公司和高校,他看好民营商业航天公司的活力,更期待看到民营商业航天具备实施想法的能力,“现在大家都是说得多做得少,还没把自己的技术实力展示给大家看。”
9月27日,朱雀一号已经启程运往酒泉卫星发射中心,等待10月底的发射。距离朱雀一号的故事正式“开讲”不到一个月。如果一切顺利,它或许能带着“未来号”上天,也可能获得一个“首枚”称号。
(应采访者要求,文中蔚莱为化名)
责任编辑:李跃群
澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 民营火箭,中国航天,蓝箭

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