火箭回收的中国路线
2025-01-27吴洋洋
2024年，商业航天领域诞生了两个里程碑，一个是人类首次实现商业太空行走，另一个是中国可回收火箭首次10公里级试飞成功。创造前一个纪录的是马斯克的SpaceX，后一个纪录则由中国的民营火箭公司蓝箭航天创造。
2024年9月，朱雀三号试验箭在酒泉卫星发射中心完成10公里级垂直起降返回飞行试验。这款火箭由蓝箭航天自主研发，2024年1月刚刚完成百米级的垂直起降回收试验。接下来，2025年6月，这款火箭将迎来正式首飞。
让火箭可回收是个趋势。成立于2002年的SpaceX开创了这一潮流，它使得造价昂贵的火箭可以重复使用，从而降低发射成本。作为部分可回收运载火箭，目前SpaceX的猎鹰9号已成功回收火箭的一级部分386次。此前，火箭将卫星等航天器发射到太空后，火箭本身也无法回到预定港口并再次使用，大多为“一次性火箭”。
马斯克希望火箭能像民航飞机一样被重复使用，蓝箭航天的创始团队也在以此为目标追赶。
火箭回收的蓝箭方案
10公里级的垂直起降回收被认为是可回收火箭的重大技术节点，因为它“几乎完整地模拟了正式发射过程中一子级火箭回收的所有关键环节”，朱雀三号总指挥戴政说。火箭在太空飞行时，大气稀薄，其速度和位置并不会受到多少干扰，但一旦下降到距离地面四五公里的时候，就会因为空气状况积累很多偏差，导致速度和位置都变得难以掌控。因此，火箭要可回收，首先就要解决这最后几公里的问题。
在蓝箭之前，国内已经有其他公司完成了同样距离的垂直回收飞行试验，但大家的回收方案并不相同—深蓝航天、航天八院等都用全程点火的方式控制了火箭在空中的运行轨迹，而蓝箭选择在火箭距离地面仅4公里的时候才再次点火，在此之前，火箭被允许自由降落。
可以用“踩刹车”来类比这一问题：“全程点火相当于全程一直踩着刹车跑，但二次点火是在距离终点只有10米的时候开始踩刹车。”距离越近的刹车，对于驾驶员的技术要求越高。不过，攻克这项技术的好处也显而易见，它更省燃料，可以使火箭更轻。对按斤计价的太空订单而言，火箭变轻，可以运输的货物就会更多。
目前，蓝箭的朱雀系列火箭在运载能力上还不及SpaceX旗下的猎鹰9号，后者能一次将20吨物品运上太空，按一公斤5万元计算，猎鹰9号在满载状况下每完成一笔订单就能回款10亿元。而朱雀的运载能力目前只有4吨多。不过戴政认为，只要火箭设计的大框架是对的，接下来只是逐步迭代的过程。
为了使火箭更轻，其实还可以把推进剂箱壁—也就是盛放燃料的容器—厚度设计得更薄。推进剂之前通常是在火箭发射前几小时才加进去的，但是距离发射时间越长，推进剂的温度越不稳定，后加入的温度低，而先加入的在常温的环境下温度已经升高了，这样的箱压就不允许箱壁更薄。而“全过冷加注”技术一方面保证了推进剂尽可能都在低温状态下，另一方面把加注时间缩短至1个小时左右，也防止了先加入的推进剂在常温下的时间太久。过去推进剂的加注工作是火箭发射场完成的，属于另外的体系，而蓝箭通过自己的发射场和工位，已经把加注这个环节的管理体系掌握在自己手里。
迭代完推进剂箱壁，接下来就可以控制推进剂升温速度、压缩火箭加速时间等，这些控制技术的迭代会反馈在火箭设计的进一步优化上。“这是一个系统功能，链条的每个环节都相互做迭代，才能实现运载能力的提升。”戴政说，SpaceX从最开始的1.0版本到1.1，再到1.2，接着是1.2的block5版本，经历了很频繁的迭代，才有现在的20吨运载能力。戴政认为，重要的是先形成能力闭环，之后才是通过不断迭代挖掘潜力。
戴政所说的“能力闭环”指的是可回收火箭所需要的一系列火箭设计方案选择。在火箭设计领域，长期以来一直有着多种技术路线，一种是固体火箭，一种是液体火箭—固体和液体指的是火箭使用的推进剂的形态。即使都用液体燃料，也分为液氧甲烷和煤油。
除了点火方案，推进剂的选择是火箭是否可回收的另一决定性关键。如今，业界认为甲烷才最适合可回收火箭，因为它燃烧之后不会留下积攒的碳，回收后的发动机和内部都很干净。相比之下，使用煤油作为燃料的发动机需要定期清洗，煤油的渗透性极强，如果不对阀门等关键部位做彻底清洁，再次点火时可能会发生爆炸。但在蓝箭成立不久的2017年左右，国内航天市场对于推进剂的方案并没有统一答案。
“当时我们查了很多资料，据说火星上具备制备液氧甲烷的条件。”蓝箭副总裁刘建对《第一财经》杂志说，早在2017年，蓝箭就确立了甲烷路线，其所有火箭都是基于这种能源方案设计的。同一时期，不少同行选择了另外一些路线，出于短期利益考虑，或者受限于供应链为了“更快地飞出火箭”，设计制造了一些老式的一次性火箭，等到近年想往可回收火箭转型时，才发现需要大改火箭设计，而蓝箭的“长期主义”使它后来在火箭可回收领域反超了一开始迅速完成发射的对手。
从模仿到超越
和SpaceX相比，中国火箭公司目前仍有较大技术差距。刘建称，“中国目前可能处于SpaceX2010年到2012年的技术水平。”等2025年朱雀三号正式首飞之后，蓝箭能达到SpaceX2015年的水平—那一年，SpaceX首次实现火箭一级助推器成功着陆回收。但跟国内的火箭“国家队”比，中国民营火箭公司已经实现了从模仿到反超。
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》，首次提出支持和引导社会资本参与航天产业，民营资本和社会力量开始进入商业航天。此后，中国民营航天公司开始出现，蓝箭是其中之一。
这些民营航天公司从0到1的技术基础大都来自体制内单位—火箭技术研究院体系。这一点从两者间的地理位置上就能看出来。蓝箭航天所在的北京亦庄聚集了多家受SpaceX启发而成立的中国商业航天公司。从亦庄的荣华南路往东走，半径2公里内，分布着蓝箭航天、星际荣耀、星河动力、深蓝航天等多家公司。目前，一个叫“亦庄火箭大街”的项目正在这一区域施工。而这一区域距离中国运载火箭技术研究院直线距离仅6公里。
蓝箭航天的多位高管都来自火箭技术研究院。加入蓝箭航天前，刘建就在云南火箭技术研究院一部十一室上班。戴政和刘建同属一个院，不过跟刘建不在一个部门，刘建在负责火箭认证的部门，戴政在火箭结构室。
在蓝箭投资方建银国际的总经理赵论语看来，商业航天的一个基础逻辑就是把体制内的技术通过人才流动释放出来，再通过市场化的供应链把成本降下来，而研发可多次使用的可回收火箭是降低发射成本的重要途径。2022年，建银国际投资了蓝箭航天。
很长一段时间内，从设计方案到供应链，蓝箭航天都在模仿体制内造火箭的做法。但这一过程并不顺利。刘建称，商业航天在刚起步时面临着和体制内的诸多摩擦，因此2015年到2017年对公司和自己来说都是彷徨期。刘建对《第一财经》杂志回忆称，当时大环境对商业航天缺乏认知，航天科技、航天科工这些供应单位对商业航天多是抵制态度。2017年，当蓝箭航天想从航天科技集团为蓝箭一号火箭采购一款固体发动机时，航天科技四院同意了，但报送到集团之后被拒绝。
直到2018年，西安航天动力研究所副主任设计师张小平从体制内离职，加入蓝箭航天时，针对商业航天的“抵制”仍然存在。张小平离职后，其原单位发布公文称，他的离职在某种程度上会影响到中国载人登月工作，呼吁张小平回归。有报道称，张小平跳槽后待遇从一年12万上涨至年薪百万。
倒逼之下，蓝箭选择重寻出路，除了自研发动机和关键电机、零部件，蓝箭也开始尽量减少对体制内供应链的依赖—过去，中国航天产业的全部供应链都在国有体系内。这个体系按照设计、生产、制造、试验测发4个环节，设置了从院到部、所、厂的多种单位，其中“所”负责研发，“厂”负责生产组装，最后管理火箭发射的发射场也是体制内的。
构建体制外供应商体系除了供应上的自主性，还能更好地把控进度。“如果是国营的军工单位，你既不能去现场管理—你进不去—也不能跟他们要求进度，基本上没招。”刘建说，和民营供应商合作就可以更好地管控进度。并且，蓝箭学会了从汽车电子领域寻找供应商—SpaceX的发展过程也利用了大量的汽车产业供应链。
但这么做的风险是，民营企业过去基本没有生产过航天相关零部件。根据刘建提供的数据，这类供应商早期的产品合格率只有30%。蓝箭为此付出过不少代价—代价之一是火箭发射失败，没有比这更大的代价了。2018年，蓝箭发射了朱雀一号火箭。这次发射并不成功，原因是火箭的一个自控发动机在飞行过程中出了问题，导致燃料耗尽。火箭是个复杂设备，元器件数量高达数十万个，刘建称，蓝箭花了不少精力驻场盯产解决品控问题。目前，蓝箭70%的供应商是民营公司。
按戴政的说法，2022年之前，国内商业航天公司仍在模仿火箭“国家队”，但目前在“火箭的空中二次点火”等技术上，蓝箭等商业航天公司已经走在了“国家队”的前面。滑行指的是火箭主发动机关机后，火箭靠惯性向前飞行。从技术上来说，二级火箭只有在长时间滑行后再次点火，才能将卫星送入静止轨道，该轨道上的航天器运行方向和速度与地球自转一致，被认为最适合发射需要与地面相对静止的卫星。
目前，蓝箭已完成一级火箭的回收验证和二级火箭的长滑行验证，公司之后也会考虑二级火箭的回收，目前，全球只有SpaceX旗下的星舰在做这种尝试。
从0到1之后
基石资本从2017年开始关注商业航天市场，作为蓝箭航天的投资方，基石资本执行董事浦槟岩认为，国内商业航天“不管产品还是研发都已经迈过了从0到1的阶段，进入了从1到10的商业化阶段”。
蓝箭给出的商业化步骤是，5年内主要服务国内的低轨互联网建设需求，然后在10年后推出下一代火箭，相较于现有火箭，蓝箭计划让下一代火箭的成本更低，能够实现更高频次的发射，甚至航班化运营。戴政认为，中国商业航天赛道最后可能最多只会留下两家公司。“这是一个赢家通吃的生意，没有差异化的市场可以打。”他说，谁能以更高频次、更大运力、更低成本进入轨道，谁就能通吃，没有别的指标。
蓝箭的商业化节奏其实与SpaceX差不多。SpaceX成立于2002年，之后的二十多年里，它大部分时间都处于亏损状态。作为投资方，浦槟岩称他对蓝箭航天的研发和产品进展“感到满意”，但其商业化进展“不太符合预期”。
理论上，火箭可以被视为“一个高速公路，建成了之后，可以搭很多东西上去”，比如除了往太空发射卫星、旅客，火箭还可以用于洲际的点对点运输和投放，也可以用于太空科研，“材料提纯、药物提纯、晶体的生成其实在地面很难，但在太空这都不是事儿。”刘建说，曾经有国家院士向蓝箭提议了“太空发电”，即将光伏运上天。用那位院士的说法，40万平方公里光伏发的电就够全球使用了。甚至，还有更开脑洞的创意是，当太空运力成本足够低，就可以通过在空中投放发光材料来显示广告。不过现实是，目前整个商业化概念中最清晰的模式只有卫星。
从2024年8月开始，中国两大低轨卫星星座组网计划先后落地。8月，上海垣信卫星主导的“千帆星座”计划首批18颗组网卫星顺利入轨，正式拉开中国版“星链”建设的序幕；12月，“中国星网”的“国网（GW）星座”首次批量组网发射，以一箭十星方式成功将低轨01组卫星送入预定轨道。这两大“星座”在发射初期主要使用的仍是“国家队”的火箭。
重塑了上游供应链后，民营航天公司们还需要撬动下游的市场需求。这些市场需求一方面需要被创造，另一方面，也需要火箭公司们将发射成本降得更低。“其实我们和马斯克相比差的不只是可回收，还包括整个火箭的生产能力。”刘建说。理论上，国内的劳动力优势可以让我们生产火箭的成本更低、效率更高，但事实并非如此。市场需求不清晰，使得供应链上的参与者并不敢规模性地投入。
赵论语对这个问题相对乐观。“早期可能它（指美国）快一点，到后边产业化阶段，比拼制造能力的时候我们有条件更快一点。类似电动汽车，特斯拉作为先行者，后边我们追的很快，已经建立了全球领先的竞争力。”他说。
