本文來自微信公眾號:地球知識局,作者:緋紅之豬,編輯:e,題圖來自:視覺中國
12月3日,藍箭航天的朱雀三號運載火箭在酒泉衛星發射中心升空。朱雀三號實現了首飛入軌,但比較遺憾的是一級火箭未能成功回收。
據報道,朱雀三號的一級火箭著陸前發動機點火出現異常,導致失控墜毀于回收場坪附近。盡管如此,也已經算是取得了不小的成功。
早在今年10月24日,馬斯克就在社交媒體發文,稱中國的朱雀三號有望超過自家獵鷹9號。當然,馬老板也不忘找補一下,表示自己正在搞的“星艦”屬于另一個級別。
要知道,能被馬老板夸,尤其是能跟SpaceX的當家花旦獵鷹9號火箭相提并論,說明朱雀三號是很有點東西的。和SpaceX相似,其背后的藍箭航天,是一家中國的民營航天企業。
去年9月,朱雀三號完成了十公里級垂直起降飛行任務(俗稱“蚱蜢跳”)。一枚試驗箭經歷了空中發動機停車——二次點火過程,穩定落在距離發射工位3.2公里外的著陸場坪。
這幾年,我國的商業航天還真是一幅勃勃生機、萬物競發的場面。既然已經有了“國家隊”,我國為啥還要大力搞商業航天呢?
跑馬圈地得抓緊
一個最根本的原因是,單靠“國家隊”的發射速度與成本,遠遠無法滿足現階段我國在衛星發射領域的海量需求。
這里簡要介紹兩個商業航空領域的熱門概念:“近地軌道空間”、“低軌衛星星座”。
近地軌道空間,指的是距地面200~2000公里的軌道,距離地球比較近,所以發射條件比較輕松、成本比較低。同時,近地軌道衛星還具備軌道速度快、周期短等特性。
簡單說,就是衛星離地球更近、看得更清楚、通信速度更快。如此優質的空間資源,各國自然紛紛下場猛搶,尤其是美國。
而低軌衛星星座,就是發射一大系列小衛星,組成衛星群,覆蓋地球表面足夠廣大的區域,實現彼此間通信互聯。馬斯克的“星鏈”就是目前進度最快的低軌衛星星座,累計已發射超1萬顆衛星。
“星鏈”可以在沒有通信基站的地方提供互聯網接入服務,比如美國有些地廣人稀的“大農村”,至今都還沒“村通網”,當地居民就可以交錢裝個終端設備,解決最基本的上網需求。
俄烏戰場上,烏克蘭正是憑借“星鏈”,在基礎通信設施被摧毀的情況下,保持戰場通訊,沒變成為“瞎子”,甚至還靠著“星鏈”實現類似于“滴滴打人”的業務。
問題在于,近地軌道空間能夠容納的衛星數量是有限的。有觀點認為,只能容納6~8萬顆左右。而美國SpaceX一家提出的計劃就有4.2萬顆,亞馬遜的“柯伊伯計劃”也有3200顆。
國際上對近地軌道空間的使用權,采用的是“先登先占”的規則。也就是說,如果我們不快點“跑馬圈地”,就會被美歐等先發國家吃干抹凈。
除了近地軌道空間有限,得抓緊送衛星上天,衛星的無線通信頻段也得搶。“星鏈”憑借先發優勢,已經占了Ku、Ka、E在內的無線電黃金頻段。之所以叫“黃金頻段”,是因為這幾個頻率傳輸速率高、抗干擾能力強。
全球主管頻段這一塊的,是國際電信聯盟(ITU)。ITU規定,衛星通信系統運營商需申報要用的頻段,而且不是光申報就完事了,還有一柄叫做“七年有效期”的利劍懸在運營商頭上。
簡單說,就是為了避免“占著那啥不那啥”的情況,ITU規定運營商必須在2年內部署10%、5年內50%、7年內完成100%衛星發射,否則就會在刪減后者申報的頻段。
可以說,我國對低軌衛星星座的迫切需求,讓民營航天這個硬科技領域成為新的風口。衛星互聯網也被我國納入到“新基建”的范疇,近年來不斷發布相關政策推進。
然而,還有一座大山橫亙在民營航天面前,那就是巨大的發射成本。
大衛與歌利亞之戰
當前,我國已有好幾個低軌衛星星座正在搞,進度比較快的是千帆、GW(國網)和鴻鵠三號這三家。
問題是,千帆預計2030年之前要發射1.5萬顆衛星,但目前只發射了648顆,距離進度落后相當多,必須要盡快提升發射速度。
另外兩家也是面臨同樣的問題,GW星座預計發射1.3萬顆,鴻鵠三號是1萬顆。目前不能說是一點進度沒有,那也是相當落后,未來幾年得快馬加鞭了。
簡單算下,千帆星座的1.5萬顆衛星按“1箭18星”的發射效率,要在2030年之前完成,攏共得發射834次。問題是,我國2024年全年發射次數是68次,光靠“國家隊”顯然是不夠的。
我國低軌衛星星座發展速度上不去,另一個重要原因就是發射成本太高了。有一種說法,國內衛星發射的費用是15萬元/公斤,一顆衛星要是500公斤的話,單次發射費用就得7500萬元,沒準比衛星本身的制造成本還高。
而朱雀三號由于可回收,能把發射成本打下來,目標是降到每公斤2萬元,低于獵鷹9號的3千美元/公斤。
面對這種發射量特別大的低軌衛星星座,就必須極致降成本,否則全面商業化運營就會面臨巨大壓力。SpaceX之所以能成功,一個重要原因就是把發射價格降到了前所未有的程度。
用《硅谷鋼鐵俠》一書的比喻方式來說,過去人們造火箭,造出來的跟法拉利那么好,但到地方了就把法拉利給扔了;實際上,一輛本田雅閣就能完成類似的任務,要是下一次出門還開這輛車,成本就能大大降低。
《硅谷鋼鐵俠》中,就記載了一些用價格低廉的民用零部件,代替昂貴的航天級別零部件,達成同樣效果卻大大降低成本的故事。
SpaceX的另一個特點就是自制率非常高,自己就完成了80~90%的制造工作,包括火箭、發動機、電子設備和其他零部件。
這似乎有點違背“哈耶克的大手”,在大家潛意識里,都覺得外包是降本增效的重要手段。再說很多中小企業一個小零件做幾十年,自己要從零開始,不見得有人家做得那么好。
然而,SpaceX的工程師們卻發現了其中的“華點”:外包企業肯定是要掙錢的,就必須向對方支付額外的利潤,壓價太狠也會把對方嚇跑;還有就是在自制的過程中,工程師能發現設備可精簡的地方,能降低火箭整體的重量與制造成本。
自制率高還有一個好處,就是不用擔心被供應商因各種原因“鴿了”,無法按時交貨,發射節奏還是牢牢掌握在自己手里好。
2024年,SpaceX總共發射了138次,其中134次是獵鷹9號和重型獵鷹。北京時間11月1日,一發“自用29手的”獵鷹9號把28顆衛星送上了天,衛星入軌總數累計已超過1萬顆。
23年全年,SpaceX發射質量合計1195噸,全球占比高達80%。如果“星艦”也搞定了,投入到商業運營,SpaceX這個數據將會變得非常恐怖。
馬斯克的SpaceX起跑就早、還特別能跑。而中國商業發射這一塊,落后SpaceX還相當多,屬于時間緊、任務重。
SpaceX目前正在搞的“星艦”,是人類有史以來最強大的火箭運載系統。
“星艦”的第一級火箭,就配備了多達33臺 “猛禽”發動機,單發推力高達230噸。而第二級采用可回收設計,擁有3臺真空版“猛禽”與3臺海平面版“猛禽”發動機。最恐怖的還是其運載能力,即完全回收條件下能裝100~150噸。
目前,“星艦”造價將近1億美元,規劃未來發射成本將會降到千萬美元級別。這么算的話,就是約200美元/公斤。要是能成的話,SpaceX的優勢之大,堪比賽車比賽中的套圈。
盡管差距很大,但我們也沒必要被嚇住。遙想1997年美國F-22首飛,一年后我國殲-10才剛剛上天,那個差距更恐怖。而現在,我國六代機滿天飛,美國的F-47不還在PPT上嗎?
商業航天,下一個風口
也許中國的商業航天,會走上我國的新能源汽車產業曾經的路子:國家大力推動、政策扶植給行業創造風口,短時間內很多新勢力冒頭,經過行業“大逃殺”,孕育出一批中流砥柱。
這幾年,國內民營航天企業也出現過比較抽象的事情,不乏PPT畫大餅、靜態試驗把山給炸了的……但這也是從混亂無序、野蠻生長到行業健康快速成長的一個過程。
誠如SpaceX,也是經過了“三步走”才發展至今的:早年的“獵鷹1號”,在炸了3次火箭、公司差點破產才成功的。之后“獵鷹9號”和“重型獵鷹”步入正軌、成為賺錢的“金雞母”,從而讓公司得以繼續研發更大更強的“星艦”。
尚處草創階段的中國民營航天,盡管要面對SpaceX這樣的龐然大物,但同樣可以“摸石頭過河”。開頭提到的“朱雀三號”,就采用了與星艦類似的不銹鋼可回收箭體、液氧甲烷燃料。
“國家隊+企業隊”的發展模式,其實很適合在航天這一塊大展身手。
“國家隊”搞更重要的項目,如空間站、登月、火星探測等等。而“企業隊”則可以做類似“星鏈”這樣的項目,既給國家隊減輕了發射壓力,低軌衛星星座項目也能靠企業隊提速降本,屬于雙贏。
其實航天也是一條復雜的產業鏈,絕不是幾發火箭、幾顆衛星就完事了的。火箭上天背后,有新型材料研究、衛星設計制造、火箭發射等諸多重要節點。
國家為啥大力推動民營航天,其實就是想讓更多的人才、資本、技術推動產業鏈發展,走科技創新這一塊。
參考資料:
1、《近地軌道空間是個"大寶藏"?這些太空資源要知道》
2、《近地軌道空間資源為何如此寶貴》
3、《我國為何要大力發展商業航天?先來看SpaceX的一組數據》
4、《美國若關閉“星鏈”,對烏軍影響有多大?》
5、《朱雀三號可復用火箭十公里級垂直起降飛行試驗任務圓滿成功!》
6、《朱雀三號完成靜態點火測試 進入首飛關鍵準備階段》
7、《科技行業2025年展望:衛星部署爆發在即,商業航天迎來黃金時代》
8、《25天9次發射!中國商業航天沖刺“中國版星鏈”》
9、《萬顆低軌“千帆”將組“G60星鏈” 首批組網星發射 標志著我國向全球衛星互聯網領域邁出重要一步》
10、《SpaceX星鏈衛星2025年第100次發射:29手功勛獵鷹9號火箭擔綱》
11、《我國為何要大力發展商業航天?先來看SpaceX的一組數據》
12、《SpaceX將超車NASA! “鋼鐵俠”重回商業航天正軌》
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