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星舰第五次试飞成功对亦庄航天有何启示?

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蓝箭航天制造的运载火箭成功发射。 企业/供图

  “今天向实现多行星生命迈出了一大步。”10月13日,美国太空探索技术公司(SpaceX)从位于得克萨斯州博卡奇卡的基地开展的星舰(Starship)超重型火箭第五次试飞成功后,企业创始人埃隆·马斯克公开发文感叹。

  当天,随着第一级上演“筷子夹火箭”、第二级成功溅落印度洋,星舰第五次试飞圆满完成预定任务。这是星舰首次尝试用发射塔的机械臂在半空中捕获助推器以实现回收。随后,“亦庄航天”朋友圈展开热议:

  “科技与艺术,梦想与商业,完美融合!”

  “每一次都有新进展,铆足了劲儿,追!”

  “大道至简。航天这事儿,有些慢不得,有些快不了。”

  “永无止境!”

  “震撼!”

  星舰的第五次试飞为何引得如此关注?对航天产业的发展有何意义?又对“亦庄航天”有何启示……带着一系列问题,北京经开区融媒体中心采访了亦庄的多家商业航天企业。

  踏过荆棘,便是鲜花满地

  美国东部时间10月13日8时25分(北京时间20时25分),星舰发射升空,6分多钟后,第一级火箭返回发射塔,被机械臂稳稳捕获,这就是被大呼精彩的“筷子夹火箭”。

  “这的确值得欢呼。”蓝箭航天空间科技股份有限公司朱雀三号可复用火箭型号副总师董锴作为“火箭队”中的一员,深知其中的不易。星舰第一级“超级重型”助推器长约70米,重250吨,需要在70多公里的高空返回到两个均长36米、高18米的机械臂,回收精度需控制在0.5cm。“传统的地面回收、海上回收可通过扩大可落地范围降低对精准度的要求,但要实现‘筷子夹火箭’,对火箭的速度、姿态控制要求非常高,要非常精准,失之毫厘便差之千里。”董锴说,一旦落点的精度控制不准确,不仅箭会毁掉,发射塔也会毁掉,试错代价非常大。

  在这样的高难度和高风险下,SpaceX为什么依旧选择“筷子夹火箭”这样的回收方式?这是为了实现太空殖民理想的必要条件——需对成本控制、高效发射极致追求。

  埃隆·马斯克提出的星际运输系统必须具备火星运力超过100吨、可快速重复使用、使用可在火星上制造的燃料、建造成本低到可以大规模建造成百上千的舰队等特征。

  “目前相对传统的着陆腿在陆上或海上平台着陆回收技术,虽可实现回收,火箭着陆时难免受到冲击、损伤,影响使用寿命且需要开展一定的检修、翻新工作,此外海上回收船还需要长途转运,十分影响高频次发射效率。另一方面,自重本就非常大的星舰第一级助推器,其着陆腿的重量也是可观的,会一定程度影响火箭的运力。”北京市可重复使用火箭技术创新中心技术负责人张中洲分析道,“筷子夹火箭”这种创新的回收方式不仅能弥补着陆腿在上述两方面的不足,而且可将火箭回收到发射塔,直接进行补加推进剂、局部维修,迅速进入下一次发射,从而可以实现很大程度的降本增效。

  作为火箭研制企业,蓝箭航天关注的不仅仅是令人惊叹的“筷子夹火箭”。蓝箭航天技术战略部总经理袁宇表示:“除了第一级的顺利回收,第二级的再入返回也是一大亮点。星舰的第二级从外太空飞回并平稳降落到海面,从技术难度上讲,第二级完成的这个过程也极具挑战性,并且技术难度更大。回顾星舰的第四次飞行,第二级在再入返回过程中前翼基本被热气流烧毁,最终也没能实现平稳的海面溅落,然而这一次他们成功实现了这一目标。”

  在袁宇看来,这次飞行的最大亮点在于全系统所有技术目标都得到了验证,向全世界证明了这一整套全新的方案是可行的。这包括第 一级的悬挂回收和第二级的再入返回回收。由此,未来两级可重复使用重型火箭的发展方向应该怎么走?对于中国和其他航天强国来说可能有了一个明确的目标。

  逐光而行,奔向星辰大海

  “面对差距,缩短差距,赶上并超越世界先进水平。”面对星舰第五次试飞成功,董锴表示,未来,我们要“修炼好内功”,先通过朱雀三号实现中国可重复使用火箭从0到1的突破,再在制造能力上实现对设计的快速响应、快速验证,完成1到10的迈进。

  “回顾SpaceX整个火箭回收的研发过程,我们可以从中获得一些启示。”袁宇表示。自2009年研制猎鹰9号时,SpaceX就定下了重复使用的目标。经过十几年来不断的回收尝试,猎鹰9号的第 一级已经成功回收接近300次。正是基于猎鹰9号第一级回收成功的技术基础,SpaceX在研制更大的星舰时,才能实现返场回收的一次成功。“这告诉我们,在工程上,做事需要脚踏实地、一步一步地走,没有任何技术可以一蹴而就,也没有捷径或弯道超车。”袁宇说,对于我们来说,现阶段就是要稳稳地把朱雀三号的第一级回收技术攻关做好。只有朱雀三号成功了,未来我们在做更大直径、更大规模的重型火箭时,才能更容易地实现一次回收成功,缩短达到成功的时间。

  “作为火箭发动机研发企业,星舰多机并联的发动机系统的表现是我们关注的重点。”九州云箭(北京)空间科技有限公司联合创始人刘洋说。星舰第一级配备了33台猛禽发动机,第二级配备6台猛禽发动机,这么多数量的新型发动机比较完整地完成了整个火箭飞行到回收的流程,其技术成熟度可见一斑。“这也是我们要努力追赶的一个方向。”

  当前,九州云箭投入市场的主力机型为龙云发动机。“这款发动机的变推力和多次启动等功能可以说能与SpaceX的发动机对标,但是在推力上,我们还有很大空间。国内包括龙云在内的主力液氧甲烷机型普遍在七八十吨的水平,而猛禽已经做到推力200吨以上,而且采用了全新的全流量补燃循环方式。”刘洋说,“面对差距,我们也在持续深耕,目前正在研发一款新型发动机——烽云,希望能在3年内完成研发并向市场投放。”

  “在商业航天领域,研发设计固然重要,但制造更是重中之重。”董锴说,如果说设计是1的问题,那么制造便是10的问题。蓝箭航天从创立之初就进行了产能布局,包括对不锈钢等材料的选择、对测发流程的优化、对地面试验能力的持续扩充,都是为了解决制造能力的问题,只有强大的制造能力,才能支撑高速的迭代。

  “但制造能力靠企业的点点微光难以照亮整片星辰大海。”当董锴说这句话的时候,可复用火箭创新中心的张中洲正陪同北京经开区机器人和智能制造产业局相关负责人在海南考察发射场,希望为区内企业发射蹚出一条“高速路”。“创新中心在一个月前刚刚完成实体化注册,主要聚焦三方面工作,即共性关键技术研究、共性试验平台搭建、产业生态构建,让企业少走弯路,潜心研发,将步子迈稳。”张中洲说,当前北京经开区已经有多型可重复使用火箭在研,预计明年内可实现可重复使用火箭的首飞。

  “因为看见,所以相信”

  “星舰第五次试飞带给我最直观的感受就是‘因为看见,所以相信’,那些此前想来完全不可能的‘火星移民计划’如今都变为了可能。这就像大航海时代麦哲伦通过环球航行开辟了贯通全球的航线一样,星舰的试飞让我们看到了希望,对大航天时代的热情和期待被点燃。”董锴道出了许多航天人的心声。

  在2016年9月27日举行的国际宇航大会上,埃隆·马斯克以“让人类成为多行星物种”为题,首次公布了他的火星移民计划:在40年到100年内,以每人十万美元的低成本,将十万人送往火星,建立火星城市。同时他首次向人类展示了SpaceX规划的火星殖民火箭——行星际运输系统。这是一款推力高达上万吨的巨型火箭,可往返于地球和火星之间。在那个重型猎鹰火箭都没首飞的年代,几乎所有人面对埃隆·马斯克的疯狂构想都一笑而过。

  但埃隆·马斯克却相信:“如果你瞄准月亮,即使迷失,也是落在星辰之间。”而在8年后的今天,换来了这句“因为看见,所以相信”。 融媒体中心 卢金曦

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