真商業化突破,這家公司的火箭發射兩次就可以收回成本

摘要

商業航天固然重在「商業」二字。對于火箭來說,首要問題不應是「如何做一枚先進的火箭」,而是應該清楚「要做一枚什么樣的火箭」,這是一例典型的反向思維。

位于北京大興的一處總裝廠房,「天行 l-1」火箭正在一側臥躺。兩個月前,它剛剛完成了自己的初次飛行試驗。作為凌空天行在商業航天領域的新研初試,「天行 l-1」被賦予了清晰定位:一個通用化、可重復使用的火箭運載平臺。在這次飛行試驗中,「天行 l-1」不僅圓滿地完成了載荷任務,其水平回收技術也得到了充分驗證。

在以一致唱衰為主基調的 2018 年互聯網創投環境中,商業航天領域成為了為數不多的期望所在。據未來宇航研究院發布的《2018 中國商業航天產業投融資報告》顯示,去年,中國商業航天領域至少發生了 36 筆融資交易,其中有三分之一屬于天使輪和種子輪交易。

2018 年 8 月,凌空天行在北京完成了企業注冊,開始籌備「天行」l 系列火箭。半年后,其宣布已完成源碼資本投資的千萬級天使輪融資。這家公司選擇在這個節點邁入公眾視野,為一個多月后發射的「天行 l-1」鳴響了第一槍。彼時,火箭的主體已經被運往發射場地阿拉善,在各項調試工作的進行之中,所有人都在守候著最后一刻的點火綻放。


可回收、可復用

2019 年 4 月 23 日上午 7 時 28 分,「天行 l-1」順利升空并進入大氣層邊緣,隨后逐漸轉為平飛姿態。在完成載荷試驗任務后,它減速下降脫離亞軌道,并以水平回收的方式安全地緩落回地面。根據凌空天行的規劃,「天行 I」可實現最大載荷 1000kg,最大馬赫數 8,最高 100km 的高速飛行環境,可用于新型高速發動機試驗、材料測試、制導\控制測試、新設備驗證等領域。

值得留意的是,「天行 l-1」是一枚可回收火箭,總成本不高于 500 萬。凌空天行 CEO 王毓棟透露,「天行 l-1」至少可以循環使用 3 到 4 次,通過目前飛行試驗的報價,基本 2 次發射就可以收回成本。特別是在軍民融合的背景下,目前的發射需求更多地來源于體制內,訂單量已達兩位數。

「可復用」是凌空天行的不變原則。王毓棟告訴極客公園,火箭回收的根本目的是「解決商業航天領域中發射成本居高不下的問題」,凌空天行的創業初衷,就是為客戶提供高可靠、高性價比、便捷的航天運輸服務。

「天行 l-1」的獨特之處在于,兩側的機翼設計能夠在火箭爬升,大氣愈發稀薄時獲得足夠的升力,以確保箭體飛行的穩定性。這賦予了它進出太空的駕馭能力和按照指定航跡飛行的執行能力。

從「天行 l-1」的結構分解圖可以看到頂部的兩處試驗艙設計。王毓棟介紹,位于頭部的試驗艙一裝載了廈門大學空氣動力學試驗模型,借助「天行 l-1」平臺送上太空,以便于對其自主設計的新型發動機核心部件進行高速空氣動力學試驗。

緊隨其后的試驗艙二安裝有西安電子大學研制的兩部高能粒子探測器。利用這次發射機會,探測器對可穿透倉壁進入飛行器內部的多種高能粒子進行統計。據介紹,火箭回收后,這兩臺高能粒子探測器將繼續用于「天行」系列火箭的后續飛行中,累積臨近空間不同高度的測量數據。據了解,這類數據將會對未來空天飛機的電子系統可靠性設計、人身安全劑量評估提供十分有價值的參考。

         (黑色部分左側為試驗艙一,黑色部分右側兩部分為試驗艙二 | 凌空天行)


火箭發射的確定與不確定

航天的魅力在于「永遠沒有第二次機會」。即便是前期保障工作做到「萬無一失」,把細節調試精度控制得再高,在點火的一剎那,一切都只能「交給神明」。「航天不像航海和航空,可以一步步地去逼近理想狀態。在點火發射之前,雖然可以進行地面模擬,但真正飛起來卻是另外一個狀態」,王毓棟坦言。

火箭發射失敗案例國內外都不罕見。在美蘇主宰的太空強國時代,曾發生過多次的慘烈事故。不過要知道,火箭各項技術發展至今,其發射成功的概率遠遠高于失敗的概率,「如果不超過八成甚至九成以上的成功把握,大家是不會去發射的」。

溯源火箭發射失敗的原因,并不是技術實力的欠缺,關鍵是火箭的內部結構和大推力發動機的內部裝置極其復雜。由于地面模擬是單向的,沒辦法進行綜合模擬,因此當大推力發動機在極端環境運行的過程中,受綜合力熱和一系列分離環境的影響,火箭會發生什么狀況是無法提前預知的。

「每一臺設備都有可靠性的概念,在汽車、飛機的系統里不會那么明顯,但在航天領域,任何設備出現一絲故障都會引發災難性的后果」,王毓棟對比說,前者經歷的環境是長時間、小量級的振動,但是航天發射過程中,它的振動環境受發動機的高功率工作以及與大氣摩擦帶來的劇烈振動影響,火箭及其零部件有可能短時間失效。面對這種「非常性偶然」,結合現在航天體制通過一系列的管控模式,已經很好的將風險降到了極低的程度,目前我國已經連續成功發射了非常多次的運載火箭,走向了一個相對成熟的階段。

而在發動機方面,「天行 l-1」采用的是固體火箭發動機。雖然液體火箭發動機更利于可回收火箭的重復使用,且推進劑相對便宜,但單臺液體火箭發動機的造價逾千萬,每次使用的折舊費用也需要消耗一兩百萬。凌空天行未來不排除選擇使用「成熟的液發」,但現階段瞄準的仍是火箭總體回收技術。通過詳細的核算之后,初期用固體火箭發動機顯然更加劃算,假使火箭出現 bug 或意外,對民營商業航天公司而言,這種損失也是在可控范圍內的。

     (「天行 l-1」火箭全長 8.7m,翼展 2.5m,起飛質量 3700kg,最大飛行速度超過 4300km/h | 凌空天行)


商業化的「三步走」

2007 年,畢業于清華大學石油化工控制專業的王毓棟幸運地被航天某院破格錄取。也許是負責面試的領導覺得他「素質還行」,便把他一個不懂航天的門外漢,帶進了航天領域的大門。從基層設計師到副主任設計師,再從副主任設計師到副總設計師。剛過而立之年的他,感謝那個年代和機遇,讓他可以在過去十幾年潛心鉆研運載火箭的研發涉及。

擔任副總設計師期間,王毓棟有幸接觸到諸多有關運載火箭的頂層規劃和設計。在此期間,他經常會思考:前一代人已經讓中國航天邁上了世界舞臺,我們這代人又應該做點什么?「尤其是 80 后和 90 后,無論是性格還是狀態都更愿意去嘗試創新」,當時他跟自己的師傅說:「希望這輩子試著做得比你們出色一點點,哪怕就一個地方也行。」

2017 年年初,王毓棟以技術副總裁的身份加入某民營商業航天公司,依舊負責火箭的設計研發。

但離開體制,擁抱民營航天企業的王毓棟很快就感受到了「水土不服」。這種遇事掣肘多來自「角色的轉換」和「思維的顛覆」。

在舉國體制下,國家隊牽引著中國航天事業的發展命脈。工程師通常會優先考慮「把技術做到最先進,性能做到最優越」。而民營商業航天公司需要對資源進行高效配置,即在關節的時間節點,做出具有商業價值和用途的產品。類似于在體制內進行十年、二十年的項目攻堅,這對于商業航天公司而言,無疑是一個「災難性的打擊」。「舉國體制對于國家航天是正確的,但在商業航天領域不一定是對的」,王毓棟強調。

(凌空天行創始人兼CEO&CTO王毓棟 | 凌空天行)

商業航天固然重在「商業」二字。對于火箭來說,首要問題不應是「如何做一枚先進的火箭」,而是應該清楚「要做一枚什么樣的火箭」,這是一例典型的反向思維。

他坦言,論一家企業的長足發展,把握好「關鍵節點」尤為重要。這首先要求研發人員把火箭技術的迭代性考慮進來。確保第一步做出來的東西必須為第二步打下基礎,完成火箭的依次迭代,避免另尋方案和技術進行攻關和驗證。

如果說明確業務方向是基本,那么王毓棟認為「對關鍵節點的判斷和把握直接決定了企業的生命周期。特別是在初期,民營航天公司的核心技術和競爭壁壘尚未鞏固,且缺乏資本和能力去關注原始創新時,把火箭先對準某一個細分領域的客戶,然后再把新領域的客戶需求挖掘出來,產生一部分效益后就能變成商品。所以應該把火箭變成商品,然后一步一步的迭代,積極做起來」,因此,他確立了凌空天行商業化的「三步走」戰略,亦是三個節點:

第一階段是制造面向科研領域且可回收并重復使用的一級火箭。客戶一類是國家科研院所和高校,利用凌空天行提供的飛行試驗測試服務,把科研機構或高校的精密儀器「帶上天」,獲取如臨近空間高能粒子濃度等各種飛行試驗關鍵參數與數據;第二類客戶是運載火箭制造企業,他們可以依托凌空天行成熟的火箭平臺,通過試驗飛行論證自家火箭關鍵部件的可靠性。這些業務在美國商業航天企業已是常態。

第二階段是制造發射小型或微型衛星的運載火箭,幫助衛星公司實現通訊衛星組網。按照上述思路,凌空天行的運載火箭平臺需要滿足第二階段的復用條件。而考驗凌空天行的是發射衛星的成本和性價比,能否優于國家隊。其外,一次性打幾顆衛星、做什么樣的火箭才能利益最大化,還有待商榷。

火箭作為一種運輸工具,無論是提供階段性試驗服務還是發射小衛星,不過是應用方向的不同,本質上并無過多區別。凌空天行第三階段的目標,就是通過載人航天技術圓人類太空漫游的夢想。讓出行火箭,成為未來十年的交通方式。

責任編輯:臥蟲

圖片來源:凌空天行

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