作者:张楠 来源:中国科学报 发布时间:2022/6/9 10:24:42
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深蓝航天:公里级垂直火箭回收只是起步

神舟十四号载人飞船于6月6日顺利完成发射,并成功对接空间站,这是我国航天实力的直接体现。

与此同时,大大小小的民营企业也正在商业航天领域各辟蹊径,为梦想而努力。

日前,江苏深蓝航天有限公司(深蓝航天)自主研发的“星云-M”1号试验箭完成了1公里级垂直起飞及降落(VTVL)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,“星云-M”试验箭成功回收。

5月上旬,深蓝航天完成液体火箭公里级垂直起降飞行试验。(图片来源:深蓝航天)

这是继美国太空探索技术公司(SpaceX)之后,全球第二家完成液氧煤油火箭垂直回收复用全部低空工程试验的公司。

而深蓝航天上次被集中关注,就在今年4月中旬,其宣布完成A+轮融资,本轮融资由民银国际控股集团有限公司领投,真成投资等老股东跟投。就在今年初,其刚获得由真成投资领投的2亿元A轮融资。

回收复用是降本增效有效举措

真成投资合伙人李剑威对《中国科学报》表示,对深蓝航天有信心,有几个层面的考虑。

一方面,火箭回收复用是降低发射成本最直接有效的措施之一,“这一细分领域非常值得关注”。李剑威介绍,美国以往火箭入轨成本为1万~2万美元/公斤,在SpaceX研制的猎鹰9号(Falcon 9)火箭实现一级推进器回收后,成本骤减至约2000美元/公斤,“SpaceX一直在研究二级推进器的回收,一旦实现,入轨成本再降一个数量级也不是没有可能。”

另一方面,企业研发实力值得看好。在火箭回收赛道上,深蓝航天本次公里级VTVL垂直回收飞行试验,标志着其仅用10个月3次发射试验,就达到2012~2013年SpaceX用一年多的时间8次的发射试验达到的同等级试验成果。根据预期,深蓝航天可能在两年半左右的时间实现入轨可回收,李剑威颇有信心。

“低成本的可回收复用火箭会是未来运载火箭研制中的必经之路。”李剑威说,在过去三四年间,SpaceX发射在轨超过2000颗卫星,我国迄今一共发射过400余颗卫星,差距巨大。“实现入轨可回收,意味着我们有可能至少把商业火箭发射的入轨成本降低一个量级。”

回收是个系统性问题

21:44,在改约了3次时间后,《中国科学报》终于与深蓝航天创始人、CEO霍亮连通了线上会议室,背景略有些嘈杂,此时他还出差在转乘长途客车的路上。

霍亮介绍,此次执行公里级试验所使用的箭体 “星云-M”1号试验箭,已经执行3次飞行任务、7次地面静态点火,分别于去年7月和10月实现了10米级的“蚱蜢跳”回收试验和百米级回收试验。

在谈到技术难点时,霍亮表示,实现火箭垂直回收有两大难点,一是发动机推力可调、能重复使用,二是控制系统精准无误。“火箭回收是个系统性问题,需要解决很多关键点,相互之间还要配合好,可谓艰难。”

首先可回收火箭的发动机需要多次启动,因而需要大范围调节发动机推力,为此他们采用了针栓喷注技术,这也是发动机实现深度变推力的核心技术之一。

尽管针栓喷注器经过了六十多年的发展且在多个型号的变推力发动机中成功使用,但大部分研究工作都未公开,相关基础研究工作较少,因此霍亮带领研发团队做了大量参数调试,并针对其在工程应用中出现最多的针栓头部烧蚀等问题着力攻关,正在实现针栓式喷注器的工程化。

“星云-M”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,真空推力可达50kN,并且可以实现50%-100%的推力调节。

在飞行控制上,需要考虑的问题林林总总:导航定位、测高、风干扰、发动机振动、推力偏斜、质心偏移等问题,如何更节省燃料等,其中“多约束系统的优化,日后可能成为可回收火箭的新难点”,霍亮介绍。

还有包括回收火箭的着陆装置、飞行姿态控制装置栅格舵,都是需要解决的难点。“就像音乐家弹钢琴一样,不仅要把每个音都弹好,还要让整首乐曲流畅、协调地表达出来,才可能成就一场优美的演奏。”霍亮打了个比方,或许在他眼中,可回收火箭就是一件艺术品。

周期虽长,但不担心回报

中国运载火箭技术研究院今年初也推出了一项全球首创的网收技术,相对安全、成本低,但使用限制大。而在门槛更高的火箭垂直回收技术上,却是深蓝航天,以及经过3年沉寂近期重现“江湖”的翎客航天等这样的商业航天企业不断获取突破。

李剑威认为,商业航天能够接受更高的试错率,是对国有航天体系很好的补充。

霍亮在体制内单位工作了很多年,为了以更擅长的方式实现航天梦走上创业道路。他也坦言,深蓝航天在火箭回收复用上的进程,仍处于起步阶段,大概相当于SpaceX在2013年左右的水准。“埃隆·马斯克是先行者,但是我们也有后发优势,一方面可以借鉴经验,一方面我国整体航天实力日新月异,细分领域也都拥有生长的广阔空间。”

2015年普遍被认为是中国商业航天发展的元年,这一年航天领域向民间资本敞开大门,如今,关注这一产业的创业者和资本可以说是“雨后春笋”,但也有些“一哄而上”的态势。

投资人如何保持清醒的视角?李剑威建议,如果参与到商业航天标的,一定要对国外技术路径深入研究,对技术趋势形成深度判断,“一些小的、渐进式的技术改良并没有多大价值。借用一位体制内专家的话来说:专注创新突破没有问题,但是不要重复建设。”

认准了目标又要有耐心,因此从投资回报的角度,这一领域相对周期更长。李剑威始终对深蓝航天信心很足:“按照规划,如果能够在2025年实现火箭入轨可回收,产生的回报大概在千万元量级。再往后的发射频率就会非常高了,还担心没有回报吗!”

全尺寸、高空回收才算入门

霍亮从5月上旬在陕西铜川的自有火箭动力系统测试基地完成百米级回收试验后,留在当地完成了雷霆发动机的一系列测试,接着在各地奔波,一直没有回过位于北京亦庄的火箭总体研发中心,“6月下旬马上就要进行发动机整机试验,还是要做好充分准备”。

霍亮透露,下一阶段,深蓝航天将采用与入轨火箭完全相同的全尺寸试验火箭,继续进行高空回收试验,力求最终实现入轨火箭一子级的可控回收和重复使用。“我们期待早日开发出同时具备入轨能力和回收能力的运载工具,显著降低火箭发射成本,从而反响刺激更多需求。”

对于火箭回收复用可期待的未来,霍亮认为,比较理想的中期目标是近地轨道入轨成本大幅降低,“那么按人和装备100公斤的重量计算,我们去一次太空的成本约8000元人民币,往返1.6万元人民币,跟飞一趟美国的机票价格差不多了。”

远期目标,和挨隆·马斯克差不多,要实现星际探索,“两个世纪前,我们还觉得去美国遥不可及呢,如今SpaceX已经预期2040年做星际航天试验了。我们一定能亲眼看得到”。霍亮对未来的太空产业满怀期待。

 
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