真商业化突破,这家公司的火箭发射两次就可以收回成本

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位于北京大兴的一处总装厂房,「天行 l-1」火箭正在一侧卧躺。两个月前,它刚刚完成了自己的初次飞行试验。作为凌空天行在商业航天领域的新研初试,「天行 l-1」被赋予了清晰定位:一个通用化、可重复使用的火箭运载平台。在这次飞行试验中,「天行 l-1」不仅圆满地完成了载荷任务,其水平回收技术也得到了充分验证。

在以一致唱衰为主基调的 2018 年互联网创投环境中,商业航天领域成为了为数不多的期望所在。据未来宇航研究院发布的《2018 中国商业航天产业投融资报告》显示,去年,中国商业航天领域至少发生了 36 笔融资交易,其中有三分之一属于天使轮和种子轮交易。

2018 年 8 月,凌空天行在北京完成了企业注册,开始筹备「天行」l 系列火箭。半年后,其宣布已完成源码资本投资的千万级天使轮融资。这家公司选择在这个节点迈入公众视野,为一个多月后发射的「天行 l-1」鸣响了第一枪。彼时,火箭的主体已经被运往发射场地阿拉善,在各项调试工作的进行之中,所有人都在守候着最后一刻的点火绽放。

可回收、可复用

2019 年 4 月 23 日上午 7 时 28 分,「天行 l-1」顺利升空并进入大气层边缘,随后逐渐转为平飞姿态。在完成载荷试验任务后,它减速下降脱离亚轨道,并以水平回收的方式安全地缓落回地面。根据凌空天行的规划,「天行 I」可实现最大载荷 1000kg,最大马赫数 8,最高 100km 的高速飞行环境,可用于新型高速发动机试验、材料测试、制导控制测试、新设备验证等领域。

值得留意的是,「天行 l-1」是一枚可回收火箭,总成本不高于 500 万。凌空天行 CEO 王毓栋透露,「天行 l-1」至少可以循环使用 3 到 4 次,通过目前飞行试验的报价,基本 2 次发射就可以收回成本。特别是在军民融合的背景下,目前的发射需求更多地来源于体制内,订单量已达两位数。

「可复用」是凌空天行的不变原则。王毓栋告诉极客公园,火箭回收的根本目的是「解决商业航天领域中发射成本居高不下的问题」,凌空天行的创业初衷,就是为客户提供高可靠、高性价比、便捷的航天运输服务。

「天行 l-1」的独特之处在于,两侧的机翼设计能够在火箭爬升,大气愈发稀薄时获得足够的升力,以确保箭体飞行的稳定性。这赋予了它进出太空的驾驭能力和按照指定航迹飞行的执行能力。

从「天行 l-1」的结构分解图可以看到顶部的两处试验舱设计。王毓栋介绍,位于头部的试验舱一装载了厦门大学空气动力学试验模型,借助「天行 l-1」平台送上太空,以便于对其自主设计的新型发动机核心部件进行高速空气动力学试验。

紧随其后的试验舱二安装有西安电子大学研制的两部高能粒子探测器。利用这次发射机会,探测器对可穿透仓壁进入飞行器内部的多种高能粒子进行统计。据介绍,火箭回收后,这两台高能粒子探测器将继续用于「天行」系列火箭的后续飞行中,累积临近空间不同高度的测量数据。据了解,这类数据将会对未来空天飞机的电子系统可靠性设计、人身安全剂量评估提供十分有价值的参考。

(黑色部分左侧为试验舱一,黑色部分右侧两部分为试验舱二 | 凌空天行)

火箭发射的确定与不确定

航天的魅力在于「永远没有第二次机会」。即便是前期保障工作做到「万无一失」,把细节调试精度控制得再高,在点火的一刹那,一切都只能「交给神明」。「航天不像航海和航空,可以一步步地去逼近理想状态。在点火发射之前,虽然可以进行地面模拟,但真正飞起来却是另外一个状态」,王毓栋坦言。

火箭发射失败案例国内外都不罕见。在美苏主宰的太空强国时代,曾发生过多次的惨烈事故。不过要知道,火箭各项技术发展至今,其发射成功的概率远远高于失败的概率,「如果不超过八成甚至九成以上的成功把握,大家是不会去发射的」。

溯源火箭发射失败的原因,并不是技术实力的欠缺,关键是火箭的内部结构和大推力发动机的内部装置极其复杂。由于地面模拟是单向的,没办法进行综合模拟,因此当大推力发动机在极端环境运行的过程中,受综合力热和一系列分离环境的影响,火箭会发生什么状况是无法提前预知的。

「每一台设备都有可靠性的概念,在汽车、飞机的系统里不会那么明显,但在航天领域,任何设备出现一丝故障都会引发灾难性的后果」,王毓栋对比说,前者经历的环境是长时间、小量级的振动,但是航天发射过程中,它的振动环境受发动机的高功率工作以及与大气摩擦带来的剧烈振动影响,火箭及其零部件有可能短时间失效。面对这种「非常性偶然」,结合现在航天体制通过一系列的管控模式,已经很好的将风险降到了极低的程度,目前我国已经连续成功发射了非常多次的运载火箭,走向了一个相对成熟的阶段。

而在发动机方面,「天行 l-1」采用的是固体火箭发动机。虽然液体火箭发动机更利于可回收火箭的重复使用,且推进剂相对便宜,但单台液体火箭发动机的造价逾千万,每次使用的折旧费用也需要消耗一两百万。凌空天行未来不排除选择使用「成熟的液发」,但现阶段瞄准的仍是火箭总体回收技术。通过详细的核算之后,初期用固体火箭发动机显然更加划算,假使火箭出现 bug 或意外,对民营商业航天公司而言,这种损失也是在可控范围内的。

(「天行 l-1」火箭全长 8.7m,翼展 2.5m,起飞质量 3700kg,最大飞行速度超过 4300km/h | 凌空天行)

商业化的「三步走」

2007 年,毕业于清华大学石油化工控制专业的王毓栋幸运地被航天某院破格录取。也许是负责面试的领导觉得他「素质还行」,便把他一个不懂航天的门外汉,带进了航天领域的大门。从基层设计师到副主任设计师,再从副主任设计师到副总设计师。刚过而立之年的他,感谢那个年代和机遇,让他可以在过去十几年潜心钻研运载火箭的研发涉及。

担任副总设计师期间,王毓栋有幸接触到诸多有关运载火箭的顶层规划和设计。在此期间,他经常会思考:前一代人已经让中国航天迈上了世界舞台,我们这代人又应该做点什么?「尤其是 80 后和 90 后,无论是性格还是状态都更愿意去尝试创新」,当时他跟自己的师傅说:「希望这辈子试着做得比你们出色一点点,哪怕就一个地方也行。」

2017 年年初,王毓栋以技术副总裁的身份加入某民营商业航天公司,依旧负责火箭的设计研发。

但离开体制,拥抱民营航天企业的王毓栋很快就感受到了「水土不服」。这种遇事掣肘多来自「角色的转换」和「思维的颠覆」。

在举国体制下,国家队牵引着中国航天事业的发展命脉。工程师通常会优先考虑「把技术做到最先进,性能做到最优越」。而民营商业航天公司需要对资源进行高效配置,即在关节的时间节点,做出具有商业价值和用途的产品。类似于在体制内进行十年、二十年的项目攻坚,这对于商业航天公司而言,无疑是一个「灾难性的打击」。「举国体制对于国家航天是正确的,但在商业航天领域不一定是对的」,王毓栋强调。

(凌空天行创始人兼CEO&CTO王毓栋 | 凌空天行)

商业航天固然重在「商业」二字。对于火箭来说,首要问题不应是「如何做一枚先进的火箭」,而是应该清楚「要做一枚什么样的火箭」,这是一例典型的反向思维。

他坦言,论一家企业的长足发展,把握好「关键节点」尤为重要。这首先要求研发人员把火箭技术的迭代性考虑进来。确保第一步做出来的东西必须为第二步打下基础,完成火箭的依次迭代,避免另寻方案和技术进行攻关和验证。

如果说明确业务方向是基本,那么王毓栋认为「对关键节点的判断和把握直接决定了企业的生命周期。特别是在初期,民营航天公司的核心技术和竞争壁垒尚未巩固,且缺乏资本和能力去关注原始创新时,把火箭先对准某一个细分领域的客户,然后再把新领域的客户需求挖掘出来,产生一部分效益后就能变成商品。所以应该把火箭变成商品,然后一步一步的迭代,积极做起来」,因此,他确立了凌空天行商业化的「三步走」战略,亦是三个节点:

第一阶段是制造面向科研领域且可回收并重复使用的一级火箭。客户一类是国家科研院所和高校,利用凌空天行提供的飞行试验测试服务,把科研机构或高校的精密仪器「带上天」,获取如临近空间高能粒子浓度等各种飞行试验关键参数与数据;第二类客户是运载火箭制造企业,他们可以依托凌空天行成熟的火箭平台,通过试验飞行论证自家火箭关键部件的可靠性。这些业务在美国商业航天企业已是常态。

第二阶段是制造发射小型或微型卫星的运载火箭,帮助卫星公司实现通讯卫星组网。按照上述思路,凌空天行的运载火箭平台需要满足第二阶段的复用条件。而考验凌空天行的是发射卫星的成本和性价比,能否优于国家队。其外,一次性打几颗卫星、做什么样的火箭才能利益最大化,还有待商榷。

火箭作为一种运输工具,无论是提供阶段性试验服务还是发射小卫星,不过是应用方向的不同,本质上并无过多区别。凌空天行第三阶段的目标,就是通过载人航天技术圆人类太空漫游的梦想。让出行火箭,成为未来十年的交通方式。

责任编辑:卧虫

图片来源:凌空天行

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