中国商业航天继续“摸着马斯克过河”
本文作者：何伊然，编辑：刘宇翔，头图来自：SpaceX4月2日，酒泉卫星发射中心，一枚名叫天龙二号的运载火箭点火起飞。十八天后，美国中部的德克萨斯州，SpaceX星舰满载着超过4500公吨推进剂，在巨大的欢呼声中腾空。如果要给这两件事寻找关联性，那么相似之处的确很多。比方说，无论是天龙二号的研发机构天兵科技，还是星舰的拥有者SpaceX均属商业航天公司，并且两支火箭均为液体火箭，尤其是天龙二号，是目前中国第一个由民营火箭企业发射成功的液体火箭。当然，不同之处也有不少，最显著的一点是，二者的命运不同。发射后，天龙二号成功将“爱太空科学号”遥感卫星送入500公里高度太阳同步轨道，而在起飞3分钟后，星舰在空中开始摇摆、旋转，助推器与飞船船舱未能实现分离。据SpaceX的公告，星舰在飞行测试期间经历了多个引擎熄火，测试团队最终启动自毁程序。爆炸时，火箭距离地面仅24英里，这距离国际公认的太空边界100公里卡门线还很远。但切莫因此感到侥幸，因为从参数和技术难度上来说，天龙二号与星舰尚不可同日而语。据报道，天龙二号液体运载火箭为三级状态，全箭直径3.35m，总长约32.8m，起飞质量153吨，起飞推力193吨，而星舰则高120米，起飞质量为5000吨，起飞推力7500吨 。这并不是长他人志气，灭自己威风。自2014年11月26日，国务院印发《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》，鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设起，中国商业航天领域迎来了春天。但彼时SpaceX已经在航天领域耕耘了12年，失败过无数次，也积累了无数经验和技术，在这个重资产、重技术需要时间积累的行业里，起步较晚的中国民营企业，还有很长的路要赶。所幸的是，星舰的发射升空在资本圈再次泛起涟漪，“更多人对火箭、卫星以及整个航天产业链条感兴趣了。”从事航天领域投资多年的程凯对“最话”说。一、冒险一位航天市场领域的研究专家告诉“最话”，到目前为止，中国商业火箭的整体规模还上不去，民营公司大多在做固体火箭，少数在研发液体燃料火箭，目前所发射的火箭搭载质量很小的卫星，“其实小卫星的意义是很小的。”相比之下星舰被业内人士称为是“有史以来性能最强大的火箭”，这是一套运载能力惊人的太空运输系统。用马斯克的话来说，星舰是“非常现代的诺亚方舟”，是实现人类太空移民必不可少的载体。星舰由一级助推器“超重型推进器”（Superheavy）和二级飞船“星舰”（Starship）组成，超重型推进器高达70米，直径9米，配置33台“猛禽”2.0发动机。猛禽发动机是液氧甲烷发动机，推力可达230吨，星舰通过并联33台猛禽发动机来实现整体的动力系统。这是套奇特的“非常现代”又“非常原始”的动力系统。单从推力来说，“猛禽”2.0发动机只属于中等推力，为了实现7500吨推力，是极富想象力地把33台发动机并联。这种多台中推力发动机并联的模式并不是什么新方案，历史上，苏联在1969年研发的N1火箭，舰体高105米，也采用的是30台发动机环形并联，总推力4620吨。而当时美国土星五号火箭采取的是F-1发动机，单台海平面推力为680吨，5台并联。结果是N1火箭四次发射四次失败，而土星五号火箭13次发射都取得成功。资深分析人士李维对“最话”表示，“多台发动机并联的难点在于同时工作时会产生振动耦合的问题，可能会引发发动机系统及火箭系统故障，且根据简单的排列组合知识，多台发动机并联系统的可靠性也会降低。这些都对发动机系统的控制系统要求非常高。”那么当年苏联失败的方案，为什么马斯克还要继续采用？李维认为，“对于马斯克来说，采用多台发动机并联的方式，可能是一种较为经济且可行的方法。此前的猎鹰9号发动机9台，近地轨道运力23吨左右；重型猎鹰采用3箭体并联，共27台发动机，近地轨道运力55吨左右，这两个火箭系列都是成功发射的。”“如果马斯克模仿土星五号搞大推力发动机，那就要重新开始研制，这样在成本、时间上都需要新的投入，不确定的风险也高。”李维对“最话”说，“随着技术的发展，现在多台发动机控制系统进步较大，这样就为星舰这种模式提供了可能性。综合下来，在现有成熟发动机的基础上，采用先进的控制系统，实现多台发动机并联成功工作，是较为可行的技术路径。”可行的技术方案需要实验验证，在这第一次发射中，星舰升空3分钟59秒时爆炸，SpaceX随后发布声明称：在“星舰”和它的超级重型助推器未能分离后，发射团队下令将它们引爆。从视频来看，星舰点火后就有3台发动机没有成功点火，升空一段时间后又有2到3台发动机熄火了，最终导致星舰在升空3分钟左右呈失控状态。从这次实验来看，虽然SpaceX有多台发动机并联控制系统经验，但还是需要调整星舰的发动机控制技术。毕竟相对于3*9的并联，同一舰体并联33台的控制难度要高得多。把尚未完全成熟的技术用于直接实验是SpaceX的传统艺能了。从最早的猎鹰火箭开始，马斯克走的就是不同于传统火箭“设计-地面测试-修正-试验”的路径。航空航天专家黄志澄向“最话”介绍说，“SpaceX通过大量的核心实验来找到设计中的缺陷，不断地改进，不断地试错，从而达到快速迭代，这是一种风险很大的但是能够达到颠覆性创新的模式。”所以，猎鹰火箭发射失败甚至爆炸的次数很多，但经历多次失败，SpaceX逐渐掌握了发动机、控制系统、可回收等多项核心技术。李维介绍说，“SpaceX最大的特点就是实现了可回收，根据猎鹰9号可回收的实例，火箭多次可回收后，发射成本大幅降低，这样在经济性上就具有了很大的可能性，无论是运物资到太空、太空旅行、还是登月，甚至登陆火星等，都具有商业可能性。”而现在SpaceX想要在星舰上复制猎鹰火箭的成功，“星舰的超低成本模式是非常具有可借鉴性的，核心还是可回收技术。”二、技术在新能源车、商业航天领域有个特色，那就是：“摸着马斯克过河”。无论是特斯拉车还是猎鹰火箭，刚开始面世时，一路上总是失败不断，争议不断，让外界尤其是产业界都疑虑重重，但马斯克总能在绝境中寻找到出路，在起火、爆炸声中取得突破。当技术被证明可行时，大量追随者就纷纷跟进。前述专家告诉“最话”，虽然美国的商业火箭体系相对成熟，实际上市场上的玩家并不多，大概也只有蓝色起源，SpaceX等几家，而中国目前的大几十个商业火箭公司，其中比较知名的就有十几、二十个。但比起SpaceX，国内的商业火箭公司普遍规模较小，产品也大多在研发、试射阶段，最重要的核心技术还有待突破。曾经无论固体火箭还是液体燃料火箭都是一次性发射的，当马斯克证明可回收技术是可行时，所有火箭公司都清楚，要真正立足市场、体现价值，必须有大中型液体火箭，最终还必须是可回收的。要达到可回收至少有三方面的技术：液体火箭、可靠的控制系统、起降系统。目前国内刚刚实现商业液体火箭发射成功，但还未实现可回收，且运力和猎鹰9等差距也较大。李维认为，“可回收并不容易，目前差距还是较大，我们此前测算过，乐观情况下，预计时间差距是7年，现在来看，可能是10年（至少），但国内商业航天企业可能会加速发展。”早在2015年，猎鹰9就实现了可回收技术的成功，而2014年中国商业火箭产业才开始发展，经过7年时间，国内已经实现固体火箭成功入轨，“液体火箭有突破，可回收技术可期”。2022年5 月 6 日，深蓝航天试验火箭“星云-M”完成了 1 公里级垂直起飞及降落飞行试验，火箭在爬升和下落的过程中同时进行了横向移动，最后降落至着陆场靶心位置不足 0.5 米的点位，实现成功回收。其所配备的“雷霆-5”发动机，是国内首型使用3D打印技术实现整机制造的针栓式液氧煤油发动机。但“雷霆-5”发动机的真空推力只有50KN，时间不等人的是，马斯克已经在搞33台中推力发动机并联的星舰系统。按照马斯克的计划，星舰飞船未来6到8小时就可以再次使用，一天可以上太空3次；推进器发射6分钟后就能返回，每个小时就能发射一次，这意味着火箭使用成本将大幅度降低。马斯克曾称，星舰只需一百万美元就可以将100到150吨有效载荷送上轨道。对比NASA航天飞机22500美元/千克的载荷成本，星舰100美元/千克的价格直接让实现太空梦的价格打下来99.5%。这一价格无疑将颠覆整个商业航天市场，不但对美国的联合发射联盟、欧空局造成巨大压力，还会抢走俄罗斯航天国家集团公司等传统上发射价格相对便宜的国家级公司的发射订单。所以，即使星舰首飞爆炸，航天业界所有人都不敢小觑它的未来。这是属于“冒险者的游戏”，“游戏”中已经有失败者，4月3日维珍轨道控股有限公司及其美国子公司维珍轨道宣布破产保护。面对星舰的体量和维珍轨道的破产，国内同行们无疑感到了压力。但可回收技术可以跟进，直接“实验-发现缺陷-改进-再实验”的模式，国内商业航天公司却未能模仿。黄志澄告诉“最话”，“从目前的情况来看，国内民营火箭公司不大会采用SpaceX公司那种技术上很冒进的、很有创新的路子，因为这样风险太大，假如一旦失败，这些民营航天公司可能就坚持不下去。所以我认为中国民营航天公司目前采用的模式比较稳妥的，一步一个脚印的做法是适合于中国国情的。”三、融资事实上，中国的大部分民营火箭公司从一开始也都规划了液体火箭。只是与固体火箭相比，液体火箭（尤其是其核心液体燃料发动机）研发门槛很高，周期很长，需要资本市场的长期支持。前述专家表示，在前期条件不成熟的情况下，目前绝大多数商业火箭公司出于向市场展示成果的目的，只好先搞了固体火箭。“但我们的目标和他（马斯克）是一样的”，该人士表示。其实，天龙二号并非中国第一个由民营商业航天公司发射的液体火箭，2022年12月14日下午，国内民营商业航天企业蓝箭航天在酒泉卫星发射中心发射了其自主研制的“朱雀二号”液氧甲烷运载火箭。根据其官网介绍，朱雀二号是中国在研的最大的民营运载火箭，也是国内首款液氧甲烷运载火箭。朱雀二号全箭长49.5米，箭体直径3.35米，起飞质量为219吨，起飞推力268吨。令人遗憾的是，那次火箭发射任务最终失败。虽然入轨与否是衡量航天成功唯一标准，但不妨碍蓝箭航天依然是国内商业航天的头部企业，因为其拥有自研的液氧甲烷发动机，而天兵科技所使用的发动机是国企中国航天科技公司六院研制的液发-102发动机，至于其他竞争对手还处在固体火箭发动机、小推力液体燃料发动机阶段。就火箭发射成绩而言，其实民营商业航天企业的成绩并不算亮眼，华泰证券的数据显示，从2015年至2021年，国内运载火箭的商业发射次数共计84次，其中国家队承担发射任务77次，占比为91.67%。民营商业航天企业的发射成功屈指可数。“从发射成绩来看，星际荣耀连续发射失败，虽然最近它又发射成功了，但是从技术、结果上来说并没有那么理想。星河动力连续发射成功，但是是固体发动机。所以头部公司现在基本上就是蓝箭、天兵，然后中科宇航以及星河动力。”程凯介绍说。巨大的差距或许也是一种机会，如同新能源车领域，国产新能源车企业跟随特斯拉取得了巨大市场成果，涌现出“造车新势力”等大批新秀以及比亚迪等转型成功车企。在商业航天领域，随着SpaceX的不断成功，风险资本也看到了机会。据新财富统计，目前国内的商业航天独角兽（估值达到67亿元及以上的未上市企业）共10家，总估值达到1038亿元；其中，估值超过100亿元的有长光卫星、银河航天、蓝箭航天、时空道宇4家，估值刚触及独角兽门槛67亿元的公司有3家，分别是中科宇航、零壹空间、长征火箭。实际上这其中的每一家公司，都还是创业公司。在一份最近的商业航天行业的估值排行榜中，排名最高的商业火箭公司为蓝箭航天，而这家公司的估值也不过100亿元。另外，就融资而言，截至2021年，蓝箭航天的融资规模大致为27.7亿元左右，2022年，该公司另有一笔新增融资。星舰的发射让市场再起涟漪，程凯说，“融资这一块，我觉得近况都还不错，因为不管是第一梯队还是第二梯队，的的确确三四家融资都持续能融到钱，不管是有名的还是没钱，这个还挺出乎意料的。”原因有供给需求两方面。程凯向“最话”解释说，“商业航天是个资金密集型产业，肯定需要融资。从资金供给来说，整体一级市场的钱是在变少，但是一级市场能投的赛道变得更少，一些赛道比如消费类、教培，现在大家不投了；平台类尤其是跟互联网平台类相关，投的人也变少了。从项目来说，硬科技项目的吸引力反而增强，火箭肯定是硬科技，相对的关注就多了。硬科技为什么能火起来，当然跟政策导向相关，但其实也跟整个一级市场能投的赛道变少有关。另外，就机构而言，如果投的公司发射成功了，也是用来吸引或募集下一阶段基金的亮点，哪怕要实现投资回报或者退出还差得很远。”四、订单商业航天毕竟是商业，除了技术、资金还需要订单。SpaceX能走到今天，来自美国官方的订单有着举足轻重的意义。新世纪以来，美国政府重新关注航天计划，只不过相比几十年前的军备竞赛，这一次的重点是商业运作。为了刺激经济，奥巴马政府接连推出重磅方案让NASA开放最赚钱的近地空间业务，并要通过人才技术的流动支持私营航天发展。NASA开始“外包”火箭发射和无人运输。波音等老牌企业已经僵化的运作模式让美国官方也想要扶持起来一批航天业的新生力量。此前频频遭遇毁灭性失败，经营十分艰难的SpaceX抓住了机遇，此前的人才技术储备立刻发挥了效果，公司发展进入快车道。SpaceX和NASA一直以来关系匪浅，为国际空间站补给物资，运送人员的龙飞船是双方最为成功的合作，龙飞船合同金额超过42亿美元。2021年，SpaceX拿下NASA重返月球计划高达29亿美元的大合同；2022年，双方又签署了价值14亿美元火箭发射合同和价值2.79亿美元的太空通信合同。从2020年至2021年，美国总共有95次火箭发射，这些任务全部都是由私营企业完成的，仅SpaceX一家就承担了其中的58.95%。另据一份统计结果，截至2021年中，民营公司（不包括中科宇航）只进行了9次轨道发射，4次成功，5次失败。发射的都是近地轨道能力不超过400公斤的固体小火箭。客观而言，中国民营火箭公司的境遇有很大不同。在接受媒体采访时，火箭派程巍表示，许多民营航天企业都跳不出“拿锤子找钉子”思维定式，他认为，眼下民营航天业一年只打两三发火箭、三四颗卫星的状态，远远无法支撑起整个产业的发展。“很多商业航天公司，最大的问题就是我先忙着造火箭，造完火箭就觉得理所当然有市场，但是（国产大飞机）C919造出来有航司买，火箭现在还没有运营公司，也没有一个既定的市场，那火箭造完卖给谁呢？能拿到需求的一年也就打个两三发，给一些企业图个新鲜，没有形成常态化的模式。”这应该是除了融资之外，中国商业火箭公司面临的挑战，没有商业订单，当然也就没有经营性现金流，更无法驱动一家公司正常的商业循环。SpaceX的成功离不开NASA的技术指导，国内民营商业航空公司也受益于航天技术的外溢。天兵科技所使用的发动机是中国航天科技公司六院研制的液发-102。2022年12月底，航天六院成立了陕西航天商业发动机有限公司，旨在以中国航天液体动力国家队的身份，全面进军商业航天。今年4月22日，航天六院发布了YF-102、YF-102V和YF-209三款液体火箭发动机，该三款液体火箭发动机均为商业航天量身定做。只是就像上述专家所言，目前比较纠结的点在于，如何让民营企业也用到国家队的技术，未来则可能加上：民营企业如何能接到官方订单。就目前来看，国家队带着关键零部件的技术进军商业航天领域，并通过供应链合作的方式给商业火箭公司赋能，应该是正在推进的路线。黄志澄表示，“从2014年以来，国内民营商业航天已经逐步发展起来，并且出现了几个有实力的头部企业。为了进一步壮大国内航天事业，当前应该对已经出现的头部企业，将部分比较容易的航天任务让他们来承担，来锻炼他们。”SpaceX在修复星舰的发射台，准备几个月后的发射，这个发射台是属于SpaceX的，即使略显简陋，基座被7000吨推力冲击出个大坑，而它的中国同行还只能租用发射场，等待排期。接近蓝箭航天的人士告诉“最话”，该公司正在为第二次发射努力准备。大家的目标都是：太空。（按受访者要求，李维、程凯皆用化名）本内容为作者独立观点，不代表虎嗅立场。未经允许不得转载，授权事宜请联系 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