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观察 | 和马斯克赛跑的人

2019-10-22 06:24
北京
来源:澎湃新闻·澎湃号·媒体
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正文共:4481 字 9 图

预计阅读时间:12 分钟

9月28日,一条新闻被各大网站接连转载:美国太空探索技术公司创始人埃隆·马斯克在推特上宣布,该公司正在开发的新一代重型运载火箭“星舟”有望在未来6个月内升空进入轨道,明年实现载人飞行。也是在这一天,天津市东丽区华明工业园的一家公司里,一个中年男子宣称,他主持研发的天火一号液体火箭发动机已经完成总装调试、冷试合练及全系统热试车,性能比SpaceX(太空探索技术公司)跨越了一代,而火箭总装成本却下降一半以上。他就是天兵科技有限公司的创始人康永来,航天圈的人都亲切地称呼他,与马斯克赛跑的人。

与马斯克赛跑的,是何许人也

康永来,曾任中国运载火箭技术研究院运载火箭总体研究室主任、型号副总师、总工。中国运载火箭技术研究院是我国历史最久、规模最大的导弹武器和运载火箭研制、试验和生产基地,这里诞生了我国第一枚导弹,发射了我国首颗人造地球卫星,成功研制了12种长征系列运载火箭,成功实施了以载人航天工程、探月工程、北斗工程等为代表的国家重大工程的运载火箭发射任务。作为研究院历史上最年轻的研究室主任和总体副总师,康永来曾主持过东风-17高超音速导弹以及长征十一号运载火箭的总体论证设计工作。

东风-17高超音速导弹在国庆70周年阅兵中,排在战略打击群的第一方阵接受检阅。它是我国首款高超音速武器,具备全天候、无依托、强突防的特点,在中近射程内,具有极高精度,从导弹自身性能到突防能力,都比普通导弹有很大提升。目前类似武器就连美国也还没有正式装备。

长征十一号运载火箭是新型四级全固体运载火箭,该火箭是目前我国唯一一型可以通过陆地和海上发射的运载火箭,能够适应不同轨道的发射需求,填补了我国低倾角轨道发射能力的空白,能为卫星提供更加安全、更加灵活、更加经济、更加高效的发射服务。目前该型运载火箭已连续8次发射取得圆满成功,共将37颗卫星送入太空。

敢与马斯克比拼,技术有多牛

很多人都知道,SpaceX掌门人埃隆·马斯克有一个宏大的太空梦想,那就是让人类在火星上定居。他要造出世界上最大的火箭,在地球和月球、火星之间来去自如地穿梭,向月球基地和火星城市运送人和各种物资。马斯克的太空梦想让很多人为之神往。相比起来,康永来的梦想更贴近现实一些,他计划建造一种新型的高速飞机,从北京到纽约,飞行时间不超过一个小时。

为了这个梦想,康永来辞去研究院的工作,在天津市东丽区创立了天兵科技有限公司,开始了与马斯克的赛跑。

无论是造火箭,还是造高速飞机,其核心都是发动机,它就仿佛是航天器的心脏。一颗好的“心脏”,有两个重要条件:一是能不能产生足够大的推力,推动航空器在太空中飞行;二是如何把成本降下来,让普通旅客也负担得起。

从2019年初设立公司开始,康永来带领团队一头扎在实验室,从研制生产到总装调试,从冷试合练到全系统热试车,半年时间他就完成了新一代液体火箭发动机的系统试车。他预测这款新型发动机可以使火箭的发射成本下降一半以上,由原来的每公斤八万元降到每公斤三万元。这将是一次颠覆性的发展,使火箭动力系统研制水平前进将近十年,逐步超越其他化学火箭发动机。

这种新型液体火箭发动机性能为何能取得如此大的跨越呢?康永来拿着一个密封小罐对天津广播(ID:audiotj)记者说,奥秘都在于此。

原来他手里握着的是一种液体火箭推进剂。火箭推进剂是为火箭发动机提供能源的物质,一般由燃烧剂和氧化剂组成,它在发动机中通过分解与燃烧,可以释放化学能,从而产生强大的推力,使航天器达到极高的速度。火箭推进剂发展至今已历经三代:最早的推进剂采用的是液氧和酒精,效率非常低;第二代产品,采用四氧化二氮和肼类推进剂,效率提升了,但剧毒且有污染;到了第三代,以液氧煤油、液氧液氢或液氧甲烷为原材料,这一代的推进剂虽然无毒无污染,但需要储存在零下180度以下的条件下,贮存性较差。马斯克采用的就是第三代推进剂。而康永来研制的新型推进剂不仅无毒无污染,性能稳定,而且可以常温保存,大批量制备。因此被业内誉为第四代火箭推进剂,实现了跨越式的发展。

千万次反复试验,险象环生

火箭发动机有五大关键环节:一是防回火设计,二是防爆设计,三是冷却研究,四是稳定性研究,五是放大、量产。每一个环节都需要千万次的反复试验,确保万无一失、结果精准。

这五个环节说起来简单,做起来每一步都充满了艰难险阻。比如防回火的试验,这步试验需要将燃烧剂和氧化剂混合后输送入发动机,然后点火。如果点火能量过大或者点火时序不对,都会引起回火,说的形象点就相当于家里的煤气灶点着以后,火焰往煤气罐儿里面钻。然而,因为采用的是全新的推进剂,所以点火需要多大能量,燃烧剂和氧化剂如何配比、点火的时序都没有经验可循,需要一次次反复试验,才能得出精准的数据。

记得今年四月的一天,项目团队在做防回火试验时,由于点火时序把握不好,反应罐一下子就破裂了。一场虚惊过后,康永来和团队成员更加冷静了,他们激烈地讨论,推翻重来,再推翻再重来,最终设计出一个名为防回火器的专用装置,而后他们又逐渐摸清了点火时序的规律,点火环节终于“稳”了。

就这样,四大关键环节、几十个技术难点,康永来带领他的团队一个个攻破。康永来说,现在万里长征还剩最后几步,考验他们的就是产品如何放大、实现量产。这次试验成功的新型发动机推力只有一千牛,他计划到年底放大十倍,达到一万牛,明年中期做到30万牛,这个推力就基本可以满足发射的需要了,预计到明年年底,最终实现工程化量产能力。

一小时洲际旅行,离我们还有多远

康永来向天津广播(ID:audiotj)记者介绍时,手里总是拿着一支铅笔,一边说,一边在纸上写写画画,生怕记者有哪里听不懂。他腼腆地说,这是这半年跟各种投资机构接触过程中养成的习惯——航空航天产业技术专有名词多,说一句可能要解释十句。为了实现自己的航天梦想,康永来把自家的房子抵押了,整个团队都在背水一战。半年时间,他不仅学会了看会计报表,还学会了募资路演、商业谈判……半年时间,天兵科技不仅在科研上实现了突破,更跻身商业航天的全国三强,估值达到15亿。

关于未来,他已绘制了精确的时间表和规划图。利用五年时间,天兵科技将形成年产30发火箭,500发发动机批量生产制造的交付能力,建成两厂一区一中心:火箭总装厂、发动机总装厂、火箭试验区、发动机试验中心,基地无论是生产能力,还是技术水平均达到全国第一。

等火箭发动机实现量产后,他将把发动机的技术应用于高速飞机。预计四年做基础研发,十年实现产业化,在他六十岁退休之前,实现高速飞机载100个人在一个小时内从北京飞到纽约。康永来说,“现在飞机都是在10公里的高度飞,每小时700到800公里,未来要使飞机从亚音速提升到高超音速,在60公里的高度飞,每小时10000公里,最终实现洲际旅行只需一个小时。”

每当康永来谈到自己的理想规划,总是充满激情,而倾听者,无不为之热血沸腾。“高速飞机带来的交通变革,必将使国与国之间的交流更加高效、紧密,这才是商业航天该走的路。”

康永来说,他这样做,不是想逞个人英雄主义,从体制内出来的航天人,还是想给国家干点事。在中国,已经有越来越多志同道合的航天人,聚拢到商业航天这条跑道上。

角力商业航天,意义何在

航天技术的水平与成就是一个国家经济、科学和技术实力的综合反映。随着航天技术的不断成熟,探索太空红利的逐渐释放,商业航天正越来越受到众人的关注。“商业航天不仅产业前景广阔,而且对人类生活、国家军事、政治影响都很大。比如卫星,谁发射的卫星都是全球的卫星,它可以进行对地侦察、区域通讯、区域导航等等……国际巨头把市场都覆盖了,就没有中国发展的空间了。” 康永来说。

根据美国航天基金会的数据,2015年,全球商业航天市场总收入已超2000亿美元,占全球航天经济总量的七成以上。

据欧洲咨询公司(Euroconsult)2018年发布的《小卫星市场前景》报告,未来10年,全球将发射约7000颗小卫星,是过去10年发射总量的6倍。

中国遥感应用智慧产业创新联盟秘书长张长江表示,我国目前航天产业总收入在全球航天产业中仅占3%左右,而在全球总收入中商业部分就高达60%的贡献率。根据海关总署数据统计,历年来,我国航空航天技术进口金额一直遥遥领先出口金额。2018年,航空航天技术进口金额达2687.72亿元,而出口金额仅603.26亿元。商业航天是千亿美元的蓝海,它将成为我国经济新的增长动力。

与此同时,被视为民营航天企业发展瓶颈的政策,正在不断破冰。蓝箭、星际荣耀、零壹空间、翎客航天、天兵科技……作为中国航天的新生力量,康永来和一众民营航天创业伙伴们依靠更加灵活的运营方式,探索新赛场,占位新赛道,补充国内航天产品空白,和SpaceX等国际航天巨头奋力赛跑着。

是什么让他选择了天津

至于为何落户天津,康永来毫不犹豫地说,天津是他创业的首选。

他打开一张京津冀区域地图,指着北京南边的一块地方对天津广播(ID:audiotj)记者说,这里是距离天津128公里的北京经济技术开发区,50平方公里的土地上聚集了7、8家民营火箭研发企业,短短几年间这些企业在飞速发展的同时,土地、资源等瓶颈也愈加凸显,在京津冀协同发展战略背景下,他们不约而同地把新的发展规划聚焦在了天津。

国内唯一具有商业航天总装系统和电装系统的航天和兴科技有限公司把总部迁址天津,建设火箭研发、设计和生产基地;

爱思达航天科技有限公司在天津设立分公司,重点打造航天航空结构机构及航天复合材料制品研制生产基地;

航天五院在天津设立的天津航天中为数据系统科技有限公司,是国内仅有的大型信息系统集成、测控通信和卫星导航等核心产品研发、无人机系统运营服务三位一体的科技型企业。

……

“作为大运载火箭、长五、长七的制造基地,天津培养了大量的产业工人,这是民营航天企业落户的基础。”

“天津有较为完备的上下游产业链,包括壳体、储箱、电气系统,还有地面设备等等,涉及到机械、电子、信息各个行业,已经形成了聚集效应。”

“航天技术的科研机构在北京,商业航天的市场也在北京,我们选择离北京最近的城市落脚,可以借助两地的优势,充分享受京津冀协同的政策优势。”

作为国家级航天产业基地,天津紧紧抓住这个重要战略机遇期,2 018年出台了《天津市航空航天产业发展三年行动方案(2018-2020年)》,推出五项保证措施为民营航天企业保驾护航。

“国产首台套设备应用支持政策、科技重点实验室开放共享、加大各级政府专项资金支持力度、拓宽航空航天领域融资渠道……”可以说,项项政策都瞄准企业需求,条条措施都助力企业发展。

根据方案,到 2020 年,天津航空航天工业总产值将达到40亿元,将建成国内外具有重要影响力的航空航天产业城。对于这样一个目标,康永来和许多来天津发展的航天人一样充满了信心。“我相信会有越来越多的航天人聚集到天津,一起加入到和世界航天最高水平的赛跑中,中国的商业航天、天津的商业航天将会进入一个前所未有的“黄金时代”。”

记者 | 宋震

原标题:《观察 | 和马斯克赛跑的人》

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