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蓝箭:发动机里的飞天秘密

出处:特刊 作者:北京商报记者 汤艺甜 网编:尹文武 2019-08-06

   2019年7月,蓝箭航天自主研发的“天鹊”TQ-12液氧甲烷发动机100%推力试车圆满成功,最长试车时间100秒。“天鹊”TQ-12发动机是我国目前推力最大的双低温液体火箭发动机。 

当“猎鹰重型”火箭终于把特斯拉的午夜樱桃红跑车送上太空,这场由马斯克与Space X点燃的民营航空热,很快由大洋彼岸翻涌而来。

曾经只有国家队能玩转的航天业,正在努力变成一个商业项目,吸引各路玩家积极入场。除了美国以外,在中国,同样也有一群民营公司在做类似的事情,并且取得了不小的突破。几家主流的创业公司,已经开始把太空作为下一站的目的地。

对所有在这个赛道踌躇满志的创业者来说,他们要做的,不仅仅是中国版“Space X”,而蓝箭便是其中之一。

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吃螃蟹的人

7月的湖州,正值酷暑,但在“天鹊”TQ-12液氧甲烷发动机的试车现场,橘黄色的火焰持续了100秒,火焰之后的比冲数据让在场的蓝箭工程师们精神一振。

作为我国目前推力最大的双低温液体火箭发动机,“天鹊”TQ-12和TQ-11是“朱雀二号”的核心,也承载着蓝箭对于太空的锲而不舍。

相似的火焰容易让人联想起去年10月的一天,在中国大地深处的酒泉发射中心,一枚红白双色的固体燃料火箭腾空而起,直奔太空而去。

这对于酒泉来说并不是什么陌生的场景,但是这次发射的火箭本身却极具意义,因为这是中国第一枚真正将卫星送入轨道的民营航天火箭。它的名字叫做“朱雀一号”。

在发射现场,“朱雀一号”成功点火,在第一级飞行正常,一二级分离正常,第二级点火也正常,二三级分离也正常,第三级在飞行过程中出现失稳。最终,卫星未能入轨,并且因为速度没有达到第一宇宙速度,随即再入大气层并被烧毁。

令人惋惜。“那一次发射的意义是多方面的,”坐在记者面前的蓝箭航天创始人兼CEO张昌武没有用简单的成与败来定义那次发射。

“一方面,从技术上来看,那是中国的民营运载火箭企业第一次跑通了运载火箭从设计、制造、测试到发射的研制流程;另一方面,我们也是第一次拿到了国家的法律许可,进入到国家发射场进行发射。” 张昌武说。

对于成立仅1500多天的蓝箭而言,朱雀一号是起点。用张昌武的话来说就是,“在朱雀二号问世之前,朱雀一号要帮我们把这个路走通”。

2015年6月1日,蓝箭在北京海淀分局登记成立。那一年11月,全球首富贝佐斯旗下的蓝色起源公司发射的“新谢泼德号”成功实现软着陆,这是人类首个发射升空后又完好无损返回地面的火箭。同年12月,“钢铁侠”马斯克旗下的Space X成功发射“猎鹰九号”火箭且回收一级火箭,创造了回收火箭的新历史。

在国内,民营火箭第一批吃螃蟹的人并不容易。政策允不允许、火箭能不能造、发射场可不可以用,是张昌武创业初期被问到频率最高的几个问题。

好在蓝箭诞生的那几年,政策已经不是障碍。从2014年《国务院60号文》提出,鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设;到2015年,军民融合发展上升为国家战略,并且鼓励民间力量参与其中,政策对商业航天的限制正在逐步放宽。

蓝箭的团队也壮大起来。蓝箭成立两个月后,在航天体制内工作了近12年的张龙加入。之后,一批又一批专业的航天人才陆续走进蓝箭。40%是液氧甲烷发动机的研发人员,另有40%为火箭研发人员。

一位民营火箭公司投资人曾半开玩笑地说道,“这种激励一方面来自‘造属于自己的火箭’的追求,另一方面是翻倍的收入”。

从地铁亦庄线“荣昌东街站”出来,一路向东走,在中航国际广场里就能看到蓝箭航天的新办公楼。蓝箭航天始终没有离开亦庄一带,是因为中国运载火箭研究院坐落此地。“到现在,蓝箭有将近300个同事,其中100多个都是从原来的航天科研院所出来的。”张昌武介绍。

从概念到市场

命名为“朱雀”,寓意吉祥和谐、一飞冲天。2018年3月20日,蓝箭航天10吨级液氧甲烷火箭发动机推力室试车成功。蓝箭航天也成为继Space X、Blue Origin(蓝色起源)之后,世界第三个、中国第一个掌握液氧甲烷发动机技术的商业航天公司。

被誉为商业航天元年的2018年,商业航天从“故事概念期”逐渐步入“市场导入期”。

美国民营火箭公司背后,站着的是超级富豪。中国的火箭靠什么助燃,我国商业火箭真正商业化还有多远,舆论对这些话题的关注度陡增。

谈钱,张昌武没有刻意回避。“中国的民营火箭行业本身是靠资本来驱动的,因为目前大家都没有实现自给自足,造血能力还都非常有限,所以资金的问题是大家在发展过程中一个非常核心的问题。”

成立之初,蓝箭就获得了创想天使基金千万元天使轮融资,2016年、2017年分别完成逾亿元的A轮融资和数千万元A+轮融资,以及来自湖州市的超过2亿元专项综合投资;2018年4月和11月,蓝箭继续完成了B轮和B+轮融资,累计融资额超过8亿元。

“几条腿走路”。在解决资金问题上,张昌武的想法颇具金融人的眼光。融资是一方面,对于商业化的探索也不可或缺。虽然仍处于研发期,但蓝箭已经对商业化有所布局,包括火箭动力系统、火箭总体设计等层面都有一些服务的输出,及对外签署一些法律服务的合同。张昌武坦言,这是为了确保将来火箭交付时,在商业化层面已做好积累。

今年4月,蓝箭与英国Open Cosmos、意大利D-Orbit签署合同,正式达成合作,签约项目涉及立方星发射、在轨交付等,合同累计金额超1亿元人民币。

“天鹊”带来了好消息。蓝箭航天自主研发的“天鹊”80吨液氧甲烷发动机已经完成全系统100%推力100秒试车,采用“天鹊”发动机的 “朱雀二号”运载火箭预计将于2020年首飞。

商业化有效兑付,注定要攻坚克难。以液体火箭发动机为例,虽然其优势在于可回收、清洁环保、推进器更经济,但相较于更成熟的固体火箭发动机而言,无疑结构会更复杂,且复杂程度会随着发动机推力的放大而增加。

在国内的民营火箭领域,并没有太多公司愿意挑战这样的难度。张昌武表示,“处于一个新的行业、新的业态里面,在配套各方面,蓝箭必须要走出一条自己的路来,比如一些关键的分系统,靠买是买不来的,这倒逼了我们去选择一个更适合我们的、也更充满前景的液体火箭路线”。

如果不能创新地走出一条自己的路来,而是走抄袭或者跟随的路线,从这个行业本身的特点来讲,就是死路一条。

商业化竞速

亦庄,这个位处北京五环外的城郊,已经成为中国民营火箭公司的热土。除了零壹空间和蓝箭航天,星际荣耀、星途探索等民营火箭企业均分布在亦庄各地,逐渐形成国内商业航天总部基地。

“民营火箭公司是创业者,也是布道者。”张昌武表示,“我们首先需要解决的是如何实现高频次、高可靠性、低成本地进入太空的能力。”作为目前国内发展最快的3家民营火箭公司,星际荣耀、零壹空间和蓝箭航天正在商业火箭发射竞赛中进行速度比拼。

“2015年蓝箭成立时,确实还没有明确的这个行业会出现巨大变化的事情。 但在蓝箭诞生之后,也有了更多的做火箭的企业,这个行业一下子热闹起来了,从政策到人才流动,到新的商业定位,企业们都进入到如火如荼的四年快速发展期。”

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,2018年全球航天发射次数达到114次,比2017年增加了25%,中国占39次。中投顾问的《2018-2022年中国商业航天产业深度调研及投资前景预测报告》则指出,全球商业航天市场规模超过2000亿美元,占全球航天经济的76%。

中国航天基金会理事长吴志坚认为,民营商业火箭公司作为新兴航天参与力量,将大幅降低发射门槛和成本,也将推动整个航天产业的商业化进程。

首枚运载火箭已经发射成功,所有的民营火箭企业都在持续发力,但中国的火箭发射市场能否容纳下这么多创业公司?张昌武和业内同仁都曾预测,未来国内能存活下来的民营火箭企业不超过3家。

经历了在“朱雀一号”惜别蓝天之后,今年3月,由零壹空间发射的OS-M首型运载火箭暨“重庆·两江之星”号,在发射后50秒左右,火箭一二级分离后姿态失稳,在肉眼可见的范围内出现下坠,发射失败。

相较之下,国外的民营火箭行业已步入成熟期。6月25日,在美国肯尼迪航天中心,Space X公司的重型猎鹰火箭发射升空,二级火箭成功进入地球轨道。

正视差距,张昌武语气平和,“可能未来十年,我们都要处于追赶Space X等水平的状态”。

7月,蓝箭主研发生产的国内首台80吨液氧甲烷发动机——“天鹊”(TQ-12)100秒试车圆满成功,数个关键技术参数已经达到飞行设计指标要求。而TQ-11与TQ-12将正是“朱雀二号”运载火箭的动力系统。

“明年,我们的火箭就可以具备交付首飞的一种状态。”张昌武透露,“具体的飞行还要根据国家在飞行任务上的统筹安排才能确定。目前,我们已经完成了整个火箭动力系统前期的研制,火箭的总体设计也到了产品生产制造的阶段。明年上半年,火箭的各个分系统产品完成以后,就会进入到总装阶段,保证下半年火箭可以如期出场。”

记者手记

火箭人,手艺人

“记住要仰望星空,不要低头看脚下。”两年前,物理学家霍金曾敲下这样一句话。

这与哲学家黑格尔的那句“一个民族有一群仰望星空的人,才有希望”,有异曲同工之妙。大意都是,劝诫人类不要只蝇营狗苟,要站得高望得远,才能推动历史车轮滚滚向前。

蓝箭一层展厅里不太光亮的发动机零部件,让人第一次近距离感受到了这种推力,看起来与普通的汽车零部件无二,但组合起来却有将火箭送上天的力量。

张昌武的回答中,有一个词令人印象深刻,“手艺”原本用来形容匠人,似乎不太适合;但若仔细深究,都是技术、都要用心,其实无二。从火箭外壳的材料,到发动机的燃料,从入轨的角度,到各级火箭的接合,每一个细节都需精准,否则就是差之毫厘失之千里。

造火箭是更艰苦卓绝的大手艺,同时也是一门分秒必争的生意,7月25日,星际荣耀的双曲线一号遥一长安欧尚号运载火箭成功发射,补了去年“朱雀一号”的遗憾。

在商业火箭这个蓝海里,分秒必争是常态。不过对于蓝箭的未来,张昌武有自己的想法,就在星际荣耀发射成功前几天,蓝箭自主研发的80吨级液体火箭发动机100%推力试车圆满成功。蓝箭工作人员透露,做液体火箭、选择液氧甲烷作为燃料,这在国内的民营火箭企业中很少见,作为总决策者,他需要顶住巨大的压力。

在采访过程中,能感受到非科班出身的张昌武对于火箭的初心,但并非马斯克式的狂热分子,而是通过理性的坚定展露出来,“我们就是为了解决困难”,张昌武曾说。

“Land your dream in space”意为圆梦太空。那梦是什么,是做一流的商业火箭企业,还是做人类探空的领路人,或许二者皆有。当“火箭一条街”上的企业争先恐后时,历史的车轮已经悄悄向前。

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