全球首枚液氧甲烷火箭成功入軌

周游

7月12日9時(shí)0分，朱雀二號(hào)遙二運(yùn)載火箭在中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。圖/視覺(jué)中國(guó)

7月12日9時(shí)整，中國(guó)民營(yíng)航天企業(yè)藍(lán)箭航天自主研制的朱雀二號(hào)遙二運(yùn)載火箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空，順利入軌并完成了飛行任務(wù)。這是全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭，標(biāo)志著中國(guó)運(yùn)載火箭在新型低成本液體推進(jìn)劑應(yīng)用方面取得重大突破。

今年，關(guān)于液氧甲烷火箭入軌，全球已有過(guò)兩次嘗試。4月20日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的新型運(yùn)載火箭“星艦”首次發(fā)射，以解體爆炸告終；更早的3月23日，美國(guó)相對(duì)論空間公司的“人族一號(hào)”火箭嘗試首發(fā)，因二級(jí)點(diǎn)火失敗而無(wú)緣入軌。7月10日，SpaceX創(chuàng)始人馬斯克在推特上設(shè)想了“火星移民計(jì)劃”：平均每3天發(fā)射50枚“星艦”，每年將超過(guò)100萬(wàn)噸有效載荷送入軌道，足以在火星上建造一座自給自足的城市。

2015年被視為中國(guó)商業(yè)航天發(fā)展元年。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員周炳紅對(duì)《中國(guó)新聞周刊》分析說(shuō)，中國(guó)商業(yè)航天還需在火箭回收和重復(fù)使用、高運(yùn)載系數(shù)、規(guī)?；a(chǎn)和發(fā)射這三個(gè)方面進(jìn)行提升。中國(guó)與大規(guī)模批量交付火箭所代表的商業(yè)航天2.0時(shí)代間，還有一定距離。

技術(shù)上從0到1

2015年7月11日，中國(guó)第一個(gè)民用商業(yè)遙感衛(wèi)星項(xiàng)目——“北京二號(hào)”遙感衛(wèi)星星座，在印度孟加拉灣，搭乘印度太空研究組織的極地軌道運(yùn)載火箭升空入軌。同年，《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》出臺(tái)，藍(lán)箭航天、零壹空間等中國(guó)第一批商業(yè)火箭公司相繼注冊(cè)成立。

2016年11月，“麗水一號(hào)”商業(yè)遙感小衛(wèi)星星座，搭乘長(zhǎng)征-11火箭，實(shí)現(xiàn)一箭多星入軌，為首次國(guó)家發(fā)射場(chǎng)與民營(yíng)衛(wèi)星公司的搭檔發(fā)射。2021年12月，星河動(dòng)力成功發(fā)射谷神星一號(hào)遙二固體運(yùn)載火箭，將5顆商業(yè)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，國(guó)內(nèi)民營(yíng)火箭公司開(kāi)始獨(dú)立探索連續(xù)發(fā)射、一箭多星的道路。

到2023年的朱雀二號(hào)遙二運(yùn)載火箭發(fā)射成功，中國(guó)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)中型液體運(yùn)載火箭的完全自主研發(fā)。該箭箭體直徑 3.35 米，總長(zhǎng) 49.5 米，起飛質(zhì)量 219 噸，起飛推力 268 噸。一級(jí)采用4臺(tái)天鵲80噸液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)；二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)采用單臺(tái)天鵲80噸液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)和天鵲10噸級(jí)游動(dòng)液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)（下稱游機(jī)）。

藍(lán)箭航天CEO張昌武在采訪中稱，朱雀二號(hào)承載著中國(guó)商業(yè)航天從0到1的過(guò)程。他介紹稱，“從0到1”的門檻很高，企業(yè)需獨(dú)立完成設(shè)計(jì)、工藝、制造、測(cè)試、發(fā)射等一系列鏈條，突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，通過(guò)前期方案驗(yàn)證，向市場(chǎng)批量化交付，從而形成商業(yè)化回報(bào)。這一步即使邁過(guò)，未來(lái)還有可重復(fù)使用的門檻。朱雀二號(hào)此次完成了液氧甲烷火箭技術(shù)上的從0到1，而關(guān)于商業(yè)上的從0到1，藍(lán)箭航天計(jì)劃于2024年面向市場(chǎng)進(jìn)行小批量交付，年產(chǎn)3至4發(fā)，2025年翻倍。將要進(jìn)行的遙三火箭試驗(yàn)，將搭載有效載荷；可重復(fù)使用火箭項(xiàng)目也已啟動(dòng)，將在2025年試飛。

去年12月14日，朱雀二號(hào)遙一運(yùn)載火箭試飛，過(guò)程中火箭二級(jí)飛行異常，未能達(dá)到入軌速度，最終再入大氣層，發(fā)射任務(wù)失敗。故障診斷為二級(jí)管路破裂，造成游機(jī)關(guān)機(jī)異常。

到今年3月，經(jīng)藍(lán)箭航天專項(xiàng)工作組多項(xiàng)措施的改進(jìn)，通過(guò)地面試驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)試車等驗(yàn)證改進(jìn)措施的有效性，火箭實(shí)現(xiàn)故障歸零。張昌武表示，火箭天然地需要更長(zhǎng)周期去驗(yàn)證產(chǎn)品方案，因此藍(lán)箭的目標(biāo)是通過(guò)遙一至遙三，三發(fā)以內(nèi)驗(yàn)證產(chǎn)品的成功。

千域空天咨詢有限公司創(chuàng)始人藍(lán)天翼曾在航天一線工作多年，近年來(lái)從事商業(yè)航天市場(chǎng)調(diào)研。他向《中國(guó)新聞周刊》強(qiáng)調(diào)，朱雀二號(hào)的首要貢獻(xiàn)在于，它證明了液氧甲烷推進(jìn)劑的可行性。國(guó)際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光表示，相比固體燃料，以及最為普及的液氧煤油、液氧液氫燃料，液氧甲烷技術(shù)的從0到1，意味著未來(lái)火箭大規(guī)模批量交付有了可能。

楊宇光分析說(shuō)，首先從性能角度，固體燃料雖然有密度高、耐儲(chǔ)存、推力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，但單位燃料提供的動(dòng)力（即比沖）太低，不適于軌道飛行。至于液氧煤油，其比沖與液氧甲烷相差無(wú)幾，但由于煤油在發(fā)動(dòng)機(jī)紛繁復(fù)雜的管路中燃燒，很容易積碳，難以清理，與可重復(fù)利用的目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)。液氧液氫雖然比沖更優(yōu)、燃燒干凈，但成本問(wèn)題限制了其發(fā)展。

從成本角度，固體燃料開(kāi)采成本遠(yuǎn)高于液體。煤油和甲烷都易得，但航天級(jí)別的煤油需提純制備，比只需液化的天然氣成本高。液氫的成本問(wèn)題有兩點(diǎn)，一是和液氧沸點(diǎn)相差懸殊，難以共同儲(chǔ)存；二是密度太小，容積需求大，變相增加成本。同為可重復(fù)利用火箭燃料，液態(tài)甲烷相較液氫的優(yōu)勢(shì)為，其與液氧沸點(diǎn)近似，裝配時(shí)可以共同儲(chǔ)存，節(jié)約成本。

美國(guó)SpaceX的獵鷹9號(hào)系列火箭采用液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，起飛質(zhì)量549噸，運(yùn)載系數(shù)（有效載荷占火箭起飛總質(zhì)量的比例）超4％，每公斤載荷發(fā)射成本2700美元。中國(guó)長(zhǎng)征5號(hào)運(yùn)載火箭主發(fā)動(dòng)機(jī)采用液氫液氧，起飛質(zhì)量859噸，運(yùn)載系數(shù)近3％，每公斤載荷報(bào)價(jià)3萬(wàn)元人民幣，折合超4100美元。在運(yùn)載相同衛(wèi)星入軌的前提下，前者成本縮減超過(guò)50％。

朱雀二號(hào)的每公斤載荷報(bào)價(jià)還沒(méi)有公布，但此前有媒體預(yù)測(cè)，該數(shù)字有望低于獵鷹9號(hào)。而SpaceX公司的“星艦”，一級(jí)使用33臺(tái)液氧甲烷猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，二級(jí)使用3臺(tái)猛禽和3臺(tái)猛禽真空。相比獵鷹9號(hào)的部分回收，馬斯克稱，星艦計(jì)劃實(shí)現(xiàn)完全可回收，每公斤載荷發(fā)射成本報(bào)價(jià)將為10美元。

另一美國(guó)商業(yè)航天巨擘藍(lán)色起源公司，旗下的BE-3型號(hào)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)還采用液氧液氫，到BE-4已轉(zhuǎn)向液氧甲烷。目前，中國(guó)民營(yíng)企業(yè)星際榮耀在研的雙曲線三號(hào)運(yùn)載火箭、九州云箭在研的70噸級(jí)龍?jiān)苹鸺l(fā)動(dòng)機(jī)，均以液氧甲烷驅(qū)動(dòng)。中國(guó)長(zhǎng)征9號(hào)超重型運(yùn)載火箭，也已確定液氧甲烷作為推進(jìn)劑。今年5月12日，其擬用的200噸級(jí)液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了點(diǎn)火試驗(yàn)。

楊宇光表示，中國(guó)目前無(wú)論國(guó)企還是民企，都還沒(méi)能實(shí)現(xiàn)完整的火箭回收過(guò)程。獵鷹9號(hào)至今已進(jìn)行超過(guò)200次回收，但即使發(fā)動(dòng)機(jī)可復(fù)用，維修檢測(cè)、更換部件，直到再次發(fā)射，中間也面臨高額附加成本。楊宇光強(qiáng)調(diào)，“可重復(fù)使用不等于低成本”?；厥占夹g(shù)與成本控制共同決定了可重復(fù)利用的效率，進(jìn)而為大規(guī)模批量交付的遠(yuǎn)景奠定基礎(chǔ)。

“基礎(chǔ)科研能力是核心競(jìng)爭(zhēng)力。”楊宇光指出，美國(guó)獵鷹9號(hào)的高性能與高成功率，很大程度上得益于鋁鋰合金工業(yè)的成熟。該合金在同樣強(qiáng)度下，比傳統(tǒng)鋁合金輕得多。每添加1％的金屬鋰，其密度降低3％，該性能特質(zhì)，在大體量的航天器外殼上表現(xiàn)顯著。獵鷹9號(hào)艦體高達(dá)70米，全艦外殼使用鋁鋰合金。楊宇光表示，目前中國(guó)還缺乏生產(chǎn)這種大型構(gòu)件的能力。

“朱雀二號(hào)雖然在發(fā)動(dòng)機(jī)體量、可重復(fù)利用技術(shù)等方面仍有提升空間，但它確實(shí)實(shí)現(xiàn)了液氧甲烷的從0到1。它沒(méi)有購(gòu)買技術(shù)，自己走通了整條路?！彼{(lán)天翼說(shuō)。

全產(chǎn)業(yè)鏈的商業(yè)模式

在藍(lán)天翼眼中，朱雀二號(hào)發(fā)射成功的另一則意義，便證明了全產(chǎn)業(yè)鏈的商業(yè)模式有望走通。

艾媒咨詢2022年研報(bào)顯示，中國(guó)商業(yè)航天自起步以來(lái)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年增長(zhǎng)，產(chǎn)值由2015年的3764億元增長(zhǎng)至2020年的10202億元， 2015～2021年中國(guó)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)保持著22.3％的年均復(fù)合增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)2024年將突破2.3萬(wàn)億元。商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)平均單筆融資額從2014～2015年的0.02億元，增長(zhǎng)至2020-2021年的2.11億元。

艾媒咨詢稱，商業(yè)航天的上游為火箭、衛(wèi)星等制造業(yè)，以及原材料行業(yè)，被稱為硬件層；中游包含了發(fā)射、地面設(shè)備等支撐層；下游則是應(yīng)用及服務(wù)層，包括運(yùn)營(yíng)、衛(wèi)星應(yīng)用等。

藍(lán)天翼認(rèn)為，國(guó)內(nèi)商業(yè)航天崛起的背后，是行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展探索?；鸺圃炫c發(fā)射在前兩層，前期投入非常大，企業(yè)很可能“倒在黎明前”。市場(chǎng)機(jī)制意味著，民營(yíng)航天企業(yè)要首先證明自身實(shí)力，才能在下游應(yīng)用服務(wù)層取得優(yōu)勢(shì)。

零壹空間自研的“重慶兩江之星”火箭，是中國(guó)首枚“民營(yíng)自研商用亞軌道火箭”，其采用固體燃料。藍(lán)箭航天在朱雀二號(hào)前，也開(kāi)發(fā)過(guò)基于固體燃料的朱雀一號(hào)，雖然入軌失敗，卻仍是中國(guó)首枚“民營(yíng)軌道運(yùn)載火箭”。

為什么民營(yíng)企業(yè)都傾向于首發(fā)小固體火箭？楊宇光認(rèn)為這取決于融資模式。固體和液體火箭有不同的市場(chǎng)，小型固體火箭發(fā)射靈活快速，更便于搭載微小衛(wèi)星。而市場(chǎng)上的大規(guī)模批量交付，則是液體火箭的主場(chǎng)。企業(yè)要證明自己的上天實(shí)力，最快方式就是發(fā)射固體火箭，甚至直接從國(guó)企購(gòu)買發(fā)動(dòng)機(jī)，縮短研發(fā)周期，加速融資，以此為基礎(chǔ)再進(jìn)軍液體火箭市場(chǎng)。

張昌武則表示，“先固后液”只是商業(yè)航天探索初期涌現(xiàn)的模式，并不是必要的。中國(guó)商業(yè)航天從技術(shù)上講，不是直接選擇走哪一條路，而是以產(chǎn)品的充分驗(yàn)證為導(dǎo)向，摸索前進(jìn)。因此藍(lán)箭航天投入大量精力，建設(shè)試車臺(tái)、冷試系統(tǒng)、模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)等，都是為了液氧甲烷這套產(chǎn)品的頂層需求服務(wù)的。這過(guò)程中，對(duì)于資源整合能力的要求極高。

“SpaceX的商業(yè)模式與中國(guó)民企不同，它的成功是不可復(fù)制的?！睏钣罟庹f(shuō)，SpaceX接受了許多美國(guó)航空航天局（NASA）的運(yùn)輸訂單，這是它前期的重要盈利模式。除了推進(jìn)劑，國(guó)內(nèi)還有很多要追趕的方向。中國(guó)處在商業(yè)航天模式探索初期，不能一蹴而就。

藍(lán)天翼分析說(shuō)，中國(guó)民營(yíng)航天企業(yè)在商業(yè)模式探索中會(huì)否遇到更多困難，取決于商業(yè)模式的成熟度。從大行業(yè)角度來(lái)看，絕大多數(shù)公司還在從0到1的過(guò)程中。中國(guó)現(xiàn)在缺乏一個(gè)足夠體量的運(yùn)營(yíng)商，去支撐中下游。美國(guó)空間互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)業(yè)公司OneWeb則扮演著這樣的角色。

據(jù)公開(kāi)資料，商業(yè)航天1.0的傳統(tǒng)模式為銀行貸款、購(gòu)買衛(wèi)星、販賣帶寬、收益購(gòu)買新衛(wèi)星等，業(yè)務(wù)范疇集中在中下游，較為單一。而OneWeb的資金不是從銀行來(lái)，是靠市場(chǎng)和投資，其最大融資者為日本移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商Softbank。2014年，OneWeb對(duì)衛(wèi)星制造商招標(biāo)，總共建造約900顆小型互聯(lián)網(wǎng)傳輸衛(wèi)星，此后才催生SpaceX及其StarLink星鏈計(jì)劃。

藍(lán)天翼分析說(shuō)，美國(guó)商業(yè)航天邏輯完善、模式成熟，涉及全球招標(biāo)采購(gòu)、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)、工業(yè)定價(jià)等方方面面。中國(guó)在航天業(yè)發(fā)展的60多年里，國(guó)家資本占大頭，以服務(wù)國(guó)家相關(guān)部門需求作為主要任務(wù)，這是一種以科研體系為主的模式，因此除技術(shù)、行政風(fēng)險(xiǎn)外，國(guó)企很少需要承擔(dān)商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

“民商航天和國(guó)有航天有不同的側(cè)重?！敝鼙t補(bǔ)充道。民商航天更注重市場(chǎng)導(dǎo)向和商業(yè)化運(yùn)作，通常以低成本、高效率的方式進(jìn)行研發(fā)，并更加關(guān)注商業(yè)應(yīng)用和市場(chǎng)需求。國(guó)有航天在國(guó)家重大任務(wù)中有著重要的地位，更注重長(zhǎng)期科研和技術(shù)積累，兩者相互補(bǔ)充。民商航天可以為國(guó)有航天帶來(lái)市場(chǎng)化思維和商業(yè)模式創(chuàng)新，國(guó)有航天則能提供豐富的科研和技術(shù)支持。

“商業(yè)航天模式帶來(lái)了定價(jià)機(jī)制、成本核算的機(jī)制，以及項(xiàng)目招標(biāo)等清晰的商業(yè)邏輯。藍(lán)箭航天因此被人稱為行業(yè)中的‘鲇魚(yú)?！彼{(lán)天翼分析說(shuō)。但在他看來(lái)，“鲇魚(yú)”代表著對(duì)原有模式一定程度的改變，但商業(yè)航天對(duì)“國(guó)家隊(duì)”模式影響不大，二者的關(guān)系應(yīng)該稱為并行。

下游應(yīng)用待發(fā)展

藍(lán)天翼曾就職于東方紅海特衛(wèi)星有限公司，其為中國(guó)空間技術(shù)研究院下屬微小衛(wèi)星研制總體單位。他曾擔(dān)任過(guò)多個(gè)航天預(yù)研項(xiàng)目的分系統(tǒng)設(shè)計(jì)師，現(xiàn)創(chuàng)辦的千域空天則是一家航天咨詢公司。

作為航天領(lǐng)域從業(yè)者，藍(lán)天翼認(rèn)為商業(yè)航天創(chuàng)業(yè)門檻較高。這體現(xiàn)在其產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)、跨度大等方面。過(guò)去一段時(shí)間，商業(yè)火箭最普遍的下游應(yīng)用是衛(wèi)星發(fā)射，其涉及許可證、火箭采購(gòu)、協(xié)調(diào)接口、測(cè)控等多方面?！爸粡氖戮唧w某一制造業(yè)的人，很少關(guān)注下游應(yīng)用?！彼{(lán)天翼說(shuō)。

朱雀二號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試場(chǎng)景。圖/CCTV+

6月14日，北京藍(lán)箭航天空間科技股份有限公司展廳里的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。圖/視覺(jué)中國(guó)

他舉例稱，如果下游想用某個(gè)頻段的衛(wèi)星，一個(gè)做載荷的研究人員，可能只負(fù)責(zé)搭載，并不關(guān)心這一頻段的作用以及潛在干擾等。因此，通常從國(guó)有航天企業(yè)出來(lái)的一線航天從業(yè)者，要去完成一個(gè)行業(yè)從0到1的過(guò)程，其實(shí)是很難的。

下游產(chǎn)品的迭代周期普遍較上游制造更快。以衛(wèi)星為例，高軌衛(wèi)星15年的迭代周期已跟不上通信的發(fā)展，因此商業(yè)航天也多瞄準(zhǔn)低軌衛(wèi)星。此次朱雀二號(hào)遙二箭進(jìn)入的便是低軌道，即近地軌道。該軌道衛(wèi)星的安置所需的能量最低，并能提供高帶寬和低通信延遲。

2015年，馬斯克首次提出星鏈計(jì)劃，致力于在低軌道部署4.2萬(wàn)顆通信衛(wèi)星。2020年，中國(guó)國(guó)家發(fā)改委提出“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略性工程，同年正式發(fā)布“GW”星座計(jì)劃，預(yù)計(jì)發(fā)射近1.3萬(wàn)顆的衛(wèi)星。藍(lán)天翼表示，如今低軌衛(wèi)星也有摩爾定律，即每18個(gè)月性能提升一倍，價(jià)格下降一半。在這樣的速度下，衛(wèi)星數(shù)量增多，發(fā)射成本需大幅下降，相應(yīng)的火箭載荷需求日益提升。

去年11月舉辦的中國(guó)航天大會(huì)上，商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)服務(wù)平臺(tái)未來(lái)宇航研究院正式發(fā)布國(guó)內(nèi)首個(gè)商業(yè)空間飛行器FutureX。它“像空間擺渡車一樣”，長(zhǎng)期在軌，有望實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星部署、多種實(shí)驗(yàn)載荷的攜帶、太空碎片清理等多種功能服務(wù)。

未來(lái)宇航研究院創(chuàng)始人牛旼告訴《中國(guó)新聞周刊》， 2015年剛?cè)胄刑焓雇顿Y時(shí)，他便與藍(lán)箭航天達(dá)成合作。他認(rèn)為，火箭作為通往太空的唯一工具，必然是投資者的重要切入點(diǎn)。FutureX也是低軌火箭的有效載荷，旨在填補(bǔ)軌道間運(yùn)輸?shù)目瞻祝瑢儆谛麻_(kāi)發(fā)的下游應(yīng)用。而大規(guī)模批量交付后的可重復(fù)利用火箭更遠(yuǎn)的應(yīng)用，還包括太空旅游、深空探測(cè)等。

藍(lán)天翼表示，雖然可以預(yù)測(cè)商業(yè)航天的應(yīng)用前景，但很難預(yù)測(cè)其出現(xiàn)的時(shí)間。因此，投資方“回歸理性”，大家希望看到更低成本更高效率的產(chǎn)品出現(xiàn)。究竟大規(guī)模批量交付局面能否在近期出現(xiàn)，仍需拭目以待。

“商業(yè)航天是個(gè)長(zhǎng)跑項(xiàng)目，未來(lái)兩年將依然是成果集中亮相的沖刺期。”藍(lán)天翼分析說(shuō)。中國(guó)商業(yè)航天發(fā)展的支持舉措仍在不斷出臺(tái)。國(guó)務(wù)院發(fā)布的《2021中國(guó)的航天》白皮書(shū)，明確了促進(jìn)商業(yè)航天快速發(fā)展的原則和舉措，相關(guān)財(cái)稅補(bǔ)貼、市場(chǎng)培育、產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)等多形式發(fā)展政策落地。

“從國(guó)內(nèi)目前對(duì)于航天發(fā)射活動(dòng)的政策而言，從來(lái)沒(méi)有人為設(shè)置的阻力，這個(gè)行業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，不論是面向市場(chǎng)端還是監(jiān)管端，真正的短板從來(lái)都是企業(yè)自己。”張昌武說(shuō)道。