追赶时间和市场，而非马斯克

吴洋洋

东方空间联席CEO兼火箭总设计师布向伟。

东方空间二层的电子信息工程实验室中央，摆着一张二十多平方米的大桌子，桌面上铺满了电子部件，相互之间通过手指粗的线缆连接着。这是“引力一号”火箭的全套地面调试设备，它跟装在火箭上面的设备一模一样，当火箭发射后，如果出了任何问题，工程师们就要在地面上对着这套系统去排查问题。

“这是计算机，也就是火箭大脑，所有指令都来自它，这是惯性组合，里面包括惯性姿态敏感器，还有控制火箭发动机摇摆的伺服机构。”东方空间联席CEO兼火箭总设计师布向伟对《第一财经》杂志逐一介绍这些部件的功能。全部介绍完后，他指了指试验室门口堆成小山的黑箱子说：“那里面是全套遥二的设备，下一发火箭就会用到它们。”“遥”是遥测的缩写，这个习惯继承自东风导弹。因为火箭、导弹的同一个型号会接到很多次任务，所以执行第一次任务就叫遥一，第二次就叫遥二，依此类推。

就在今年1月11日，東方空间引力一号遥一顺利发射，创下全球最大固体火箭、中国运力最大民营火箭、中国首型捆绑式民营火箭等多项纪录。这则消息很快点燃了大众的爱国热情，登上社交媒体热搜，甚至有不少媒体将东方空间看作中国版的SpaceX。

东方空间并不是SpaceX，相反，它是所有民营火箭公司中最不像SpaceX的那家。当其他火箭公司都在学习SpaceX，将可回收液体火箭作为研发重点时，东方空间反而拿起了被视作“过时”的固体火箭技术。

布向伟也与马斯克截然不同。马斯克对可回收火箭、纯视觉自动驾驶等技术都有着不顾及市场的偏执热情，把他比作技术赌徒的话，将成熟的火箭技术重新排列组合成最适合市场需求的产品的布向伟，其形象更接近一位务实的火箭工匠。

歪打正着的火箭工程师

布向伟进入火箭行业一开始是误打误撞。2003年夏天，他最终决定将哈尔滨工业大学航天学院的飞行器环境与生命保障工程专业作为自己的第二志愿时，并没有预料到他未来20年的人生就此与火箭绑定在了一起。毕竟，对于这位河南洛阳的高三学生来说，那时唯一可参考的资料就是厚厚的《高考填报志愿指南》。

而在他入学前的1999年，美国众议员克里斯托弗·考克斯（Christopher Cox）领导起草了一份将中国航天产业打入低谷的报告，这份《考克斯报告》指控中国窃取了美国的先进军事技术，如核武器与导弹。受此影响，美国政府开始全面禁止美国的卫星以及任何含有美国零部件的卫星使用中国的火箭来发射。

直到入学后全程观看了“神舟五号”航天飞船载着中国首位航天员杨利伟顺利升空的直播，布向伟的航天梦想才被点燃—这时候距离他创业造火箭还有17年之久。

东方空间进入市场的市场并不算早，甚至可以说算晚的。早在2015年，中国发展和改革委、财政部、国防科工局联合印发《国家民用空间基础设施中长期发展规划》，提出支持和引导社会资本参与航天产业后，蓝箭航天等第一批民营火箭公司就先后在这一年成立了。

其中，蓝箭航天、天兵科技都成立于2015年，星际荣耀成立于2016年，星河动力成立于2018年。东方空间成立之前，星际荣耀甚至已经有了成功发射的记录，2019年7月，其研发的双曲线一号遥一将卫星送入近地轨道，这是民营火箭首次成功入轨。

2015年布向伟还在中国运载火箭技术研究院（以下简称“航天一院”）为长征十一号火箭工作。航天一院是目前中国航天科技集团旗下从事运载火箭总体设计的大型科研生产联合体之一，另外一个就是通称航天八院的上海航天技术研究院。前者包揽了长征一号、二号、三号、五号、七号、八号、十一号等火箭的设计，后者则负责了长征四号和六号。两者都属于火箭制造和发射的“国家队”。

中国民营火箭元年的到来，令布向伟的创业热情也被激发了出来。他发现，国家队的发射供给虽然也在增长，依然跟不上快速膨胀的商业发射需求。然而绝大多数民营火箭公司，都将目光放在追赶SpaceX而不是客户身上，这让他意识到，或许可以在这个市场，做点不一样的火箭。

“ 引力一号”火箭的全套地面调试设备。

造市场定义的火箭

东方空间于2020年6月正式注册，布向伟终于要开始造自己的火箭了，摆在他面前的第一个问题是—要设计一款什么样的火箭。这看起来是一个开放性问题，但对于处在那个时间节点的东方空间来说，选择其实已经不多了。

一方面，在如今依然活跃的几家火箭公司中，他们是起步最晚的。而火箭发射是一项高成本、高风险的任务，一旦失败，损失的金钱和时间都是巨大的，这就使得资金更愿意向有经验的火箭公司聚集，对于晚入场的公司非常不友好。“初期融资压力非常大，最大的难题是—如何证明你的公司比别人更有价值？”布向伟回忆说。

另一方面，从全球角度看，随着SpaceX不断降低发射成本，卫星组网开始迈向巨型“星座”时代，火箭公司需要具备更大载荷的发射能力，让一箭多星成为常态。

事实上，自苏联于1957年将首颗人造卫星斯普特尼克1号送入近地轨道以来，卫星发射长期属于“少数人的游戏”—直到现在，全球拥有独立发射卫星的能力的国家总共只有9个。截至2019年，近地轨道上仅有约3000颗卫星，它们通常单颗独立运作，或者数十颗组成小型网络协同工作。例如，GPS全球定位系统是由31颗卫星支持的，而提供卫星电话服务的铱星公司也只拥有66颗现役卫星。

马斯克的星链计划（Starlink）打破了局面。他于2015年首次提出要通过卫星建立起覆盖全球的高速互联网接入服务，即第一代星链计划，该项目预计需要总计1.2万颗近地轨道卫星。2019年，他提出第二代星链计划，计划要再发射3万颗。凭借着SpaceX猎鹰九号的极高发射效率，截至目前已有6000颗卫星被送入轨道，其中1/3是过去一年发射的，且发射的频率还在加快。

然而，卫星轨道资源并非无限的。用洋葱比喻的话，地球就是洋葱的核心，外面一层层的皮就是卫星轨道，由于卫星在太空中以每秒数千米的速度绕地飞行，为了确保安全，不仅各层之间要保持距离，单层内的各个卫星之间也要保持距离，通常来说航天器的安全距离为50公里。

其中，距离地球400到2000公里的近地轨道是稀缺资源，这个轨道上的卫星由于距离地球近，有着信息传输时延小、链路损耗低、发射成本低等优点。根据国际电信联盟（ITU）的测算，近地轨道卫星总容量约为6万颗，如果星链的4.2万颗卫星如期入轨，仅此一家就会占去70%的容量。

国际上，卫星轨道资源一直以来遵循先到先得的原则。受到SpaceX的压力，各国都不得不开始跑马圈地，英国的OneWeb、德国的Rivada SpaceNetworks，以及中国的星网都在这个背景下应运而生，而这些巨型“星座”最起码都计划了上千颗卫星的组网。

1月11日，引力一号在山东海阳东方航天港附近海域发射升空，成为国内第一家实现海上发射的民营火箭公司。

固体火箭只是布向伟的第一个产品，他的未来计划同样是做可回收火箭。

东方空间的入场时间迫使它需要在更短时间内拿到加入游戏的资格。

东方空间的第一款火箭不仅要满足投资人对低风险、短周期的要求，还要顺应未来客户们对大载荷的发射需求。于是，布向伟为引力一号选择了与其他民营火箭全然不同的构型—一款全固体捆绑运载火箭，它由三级固体芯级捆绑四枚固体助推器组成。由于外表看起来圆墩墩的，有外国网友称其为大胖小子，与其他中国民营火箭笔筒式的外观形成强烈反差。

布向伟选择的固体发动机其实是已经被大部分民营火箭公司放弃的“过时”技术。固体火箭常被戏称为大号的“二踢脚”，因为固体发动机其实就是将推进剂以固体状态直接储存的火箭发动机，一旦点火，只要燃料不耗尽就不会停，发射过程中也很难精细控制火箭的飞行轨迹。相比之下，液体发动机更接近我们日常理解的发动机形态，点火后，液体推进剂会被有计划地输送到燃烧室，再通过喷管排出产生推力。

对比工作原理后很容易发现，像炮仗一样的固体发动机只能是一次性的，液体发动机如果能够在最终落地时精细控制推力，保证发动机功能完好，那么只要再次填充燃料，就可以实现火箭的回收利用，这就是SpaceX可回收火箭的理論基 础。

液体火箭才是面向未来的技术，布向伟很清楚这一点。但自研液体发动机难度很大，东方空间等不了那么久。“目前SpaceX液体火箭通过回收再利用，已经把发射价格降到了2万元/公斤以下，”他对《第一财经》杂志说，“而中国其他民营公司的不可回收液体火箭的价格大约是每公斤6万至8万元。”

简而言之，中国民营火箭公司想要实现成熟稳定的可回收技术，并把成本降到SpaceX的水平还需要几年时间，而这个时间差就是引力一号瞄准的机会。通过从国家队那里采购成熟的固体发动机，将发射价格降到5万元/公斤，东方空间就有机会在此期间借助便宜稳定的火箭来抢占市场。

布向伟没有像大部分民营火箭公司那样，选择先研发一款运载能力在百公斤级的小型火箭作为过渡，而是直接将引力一号的载荷定在4.2吨。在此之前载荷最大的民营火箭只有1.5吨，大部分型号更是不到300公斤。为了增加载荷，引力一号成了首款捆绑助推器的民营火箭，这也成为布向伟需要攻克的难点之一。

大载荷意味着要有大空间，布向伟为这些卫星留出了100立方米的载荷空间，并且在引力一号顶部设计了一个直径4.2米、高9.3米的整流罩，这也是中国民营火箭里最大的。整流罩就是卫星等货物的保护罩，当火箭穿过稠密的大气层时，它可以保护货物免受气流、热环境的伤害。

可以说，引力一号是一款主要由市场定义，而非由工程师定义的火箭。在布向伟看来，民营火箭公司的责任与国家队不一样，国家队需要攻坚克难，解决科学命题；而民营火箭公司需要满足市场需求，尽量使用成熟技术而不是最先进的技术去满足客户需求。

与时间赛跑

虽然确定了引力一号的构型要采用成熟技术，对于一家刚刚成立的火箭公司来说，面临的难题依然很多，第一个难题就是人才不够。

决定成立东方空间时，布向伟首先盘算的就是团队如何组建。“公司成立时，全中国商业航天真正做过火箭设计的人并不多，也就一百来号人，分布在各个火箭公司里。”布向伟明白完全依靠这些人来造火箭明显是不现实的，“核心骨干或许可以凑得齐，但其余70%的人只能在市场上找”。

但公司成立初期，甚至连核心骨干都凑不齐，布向伟只能眉毛胡子一把抓，他不止要负责总体设计，同时还要带着社招来的新人做更细节的部段设计。在体制内，火箭设计上每个人的权责界限都很清晰，所以部门复杂、层级众多，有总体设计师、副总设计师，下面还有各个分系统的设计主任、副主任等等。但在公司里，团队被迫扁平化，通过提升沟通效率来弥补人手不足。

“航天人的性格普遍上都厌恶风险，因为火箭是一点错误都不能有的，”布向伟表示组建团队急不来，“所以最开始一些前同事也在观望，他们需要时间来确认（东方空间）到底成不成。”第一年，整个设计团队只有布向伟一个是有经验的，第二年才有了发射支持、航电、软件三位副总工程师的加入，直到2022年年中，如今的全部6位副总师才最终到齐。

除了缺兵少将，布向伟面对的真正难题还是火箭设计本身。在此之前，国家队也有不少捆绑助推器的火箭，但是这些火箭只有助推器是固体发动机，芯级都是采用液体发动机，而引力一号为了赶时间，芯级和助推器都采用了固体发动机，这种构型之前从未有过—它看起来就像二踢脚的四周绑了几个“窜天猴”。

这种全固体捆绑式构型最大的问题就在于推进器的分离高度太低。传统捆绑式火箭的芯级都是液体发动机，它的推力比固体发动机工作时间更久，一般飞到80至90公里的高度才会面临助推器分离；然而引力一号的芯级也是固体的，飞到40公里就面临助推器分离，这个高度还在大气层内，气动干扰还比较严重，助推器分离时更容易与芯级发生碰撞，导致空中事故。

为了解决这个问题，布向伟团队采用了两个方法。其一就是让助推器与芯级分开点火，起飞时只有助推器点火，当助推器快要耗尽时芯级再点火，让芯级与助推器产生速度差，并提供额外的控制力，从而降低碰撞概率。其二就是为可能出现的各种情况开展仿真分析，制定飞行程序方案。为此他们辩识了火箭上一千多个敏感参数，分离团队模拟了这些参数各种可能的排列组合，并最终编制了两个互为备份的飞行程序输入到火箭的计算机里，它们会在预定的条件下触发，确保火箭能够包络各类偏差实现可控分离。

布向伟面对的最后也是最关键的难题，就是如何节约时间。截至2 0 2 3年年末，已经有5家民营航天公司成功发射过火箭，留给东方空间的时间越来越少了，它的成立时间比其他公司晚了几年，可投资人只看结果。所以寻找每一个可能可以节约时间的环节成了布向伟的日常工作，其中最让他得意的就是对助推分离试验的改进。

所谓助推分离试验就是在地面验证助推器分离方案是否正确、分离过程是否顺畅。为了实现1套产品完成2次分离试验，需要对助推器做回收。传统做法要求比较高，周期比较长，需要先做预试验，搭建一整个气囊场地、使用模拟件验收回收装置的正确，确保摔不坏再用真正的助推器做试验。然而引力一号团队采用了土办法，首先就是預试验不用模型，而是让一个小型金属结构替代模型，通过它的坠落情况来分析是否会伤害到助推器；然后场地也不用气囊，而是用沙堆和海绵垫替代，这又省去不少设计、生产和充气时间。从结果看，试验团队从搭场地到完成试验只用了两个多月—如果按照传统办法，大概需要花半年左右才能做完试验。

要时间还是要质量，类似的权衡布向伟时时刻刻在做，他需要不断用经验去判断哪些环节的质量是可以为了省时间而打折扣的。最终，引力一号从设计到发射前后只花费了约三年半，而一款火箭常规的研发时间是5到6年。

2024年1月11日13时30分，引力一号在山东海阳东方航天港附近海域发射升空。十余分钟后，三颗云遥一号气象卫星准确入轨，布向伟的构型成功了。

“其实前一天晚上，我想得最多的不是成功，而是失败，”他对《第一财经》杂志回忆说，“因为成功就简单了，你倒头就睡也没人会管你，但失败了要怎么面对团队、面对投资人？”

不过，让布向伟安心的一点是，他的Plan B已经就位了。在已经发射的火箭之外，他准备好了引力一号的遥二全套系统，即使第一次发射出了问题，5个月后他就能“再打一次”。

不只是遥二，今年引力一号计划再制造3枚、发射2枚—第三枚仍然是备份；明年计划5到8枚，后年计划18到28枚。现在竞争对手的液体火箭性能还不是很强，这是将引力一号推向市场最好的时间窗口。

当然，引力二号也已经在开发中，这是一款完全对标SpaceX猎鹰九号的运载火箭，采用液氧煤油发动机，高70米，起飞推力900吨，近地轨道运载能力15吨。

在布向伟的规划中，固体火箭引力一号与液体火箭引力二号应该是互补的，前者的优势在于灵活，用于服务一些零碎的发射需求，后者的优势在于载荷量大，是未来的主力发射产品。