「誰進入太空的流量足夠大、足夠便宜，誰就能掌控太空！今年4月，SpaceX創始人馬斯克曾在演講中說，‘2024年SpaceX預計將承擔起全球大約90%地球至軌域的發射品質’，那我們該如何快速提升進入太空的能力？」
近日，北京經開區融媒體中心對藍箭航天火箭研發部總經理、朱雀三號可復用火箭型號總指揮戴政進行了專訪。當很多人都還在思考問題的時候，北京亦莊商業航天企業藍箭航天空間科技股份有限公司（以下簡稱「藍箭航天」）已經在書寫答卷。
▶ 2023年7月12日，全球首枚液氧甲烷運載火箭——朱雀二號遙二成功發射！
▶ 2023年12月9日，朱雀二號成為全球首款連續入軌液氧甲烷火箭！
▶ 2024年1月19日，國內起飛規模最大垂直起降試驗箭朱雀三號VTVL-1試驗任務圓滿成功！
▶ 2024年9月11日，藍箭航天開展朱雀三號10公裏級垂直起降飛行試驗，實作了國內首次液體發動機空中二次點火！
從液氧甲烷技術路線上的「全球首枚」到可重復使用試驗的「國內最大」，這些標簽都出自藍箭航天，也是藍箭航天從技術路線「0到1」邁向商業發展「0到1」的生動註腳。
邁向商業發展的從0到1
看「天然氣火箭」如何站上商業航天歷史舞台
「十年前，各國都未曾將液氧甲烷套用於火箭技術中，如今，全球的商業航天企業已經在推進劑技術路線上達成了共識，液氧甲烷成為了主流選擇。」戴政說。
這個變化緣於什麽？
此前，火箭推進劑的選擇主要考慮兩個維度的參數，即化學比沖（比沖越高意味著效能越高）和密度（大密度意味著更小更輕的貯箱）。化學比沖的高低排序為：液氫液氧＞液氧甲烷＞液氧煤油，密度大小排序為：液氧煤油＞液氧甲烷＞液氫液氧。可以看到，液氧甲烷都處於居中的位置。
「正因為液氧甲烷的特點不夠突出，所以它此前沒能成為火箭推進劑的首選。」戴政介紹，如今，液氧甲烷之所以備受全球關註是因為第三個維度——經濟性。原來行業內大部份火箭都是一次性火箭，推進劑成本占比幾乎可以忽略，因此，在選擇上主要考慮化學效能和密度，不考慮經濟性。而在火箭從一次性使用向可重復使用航班化發展行程中，推進劑成本就很值得「計較」了。像飛機一樣，因為飛機本身是迴圈使用的，其機身成本就會在一次次重復使用的過程中被攤薄，但其燃料是每一次飛行都要消耗的，因此它在總成本中的占比就會顯著上升。「所以選擇一款便宜的推進劑就變成了一個‘剛需’，是帶有前瞻性的重大戰略選擇。」
「對於甲烷很多人可能不了解，但是說天然氣是不是就比較清楚了，所以我們笑稱液氧甲烷火箭是‘天然氣火箭’。相較於煤油和液氫，甲烷要便宜不少，而且燃燒後只產生水和二氧化碳，相比煤油不積碳、更環保，對發動機多次重復使用的維護性非常友好。」戴政說。
根據目前公開資訊，戴政算了一筆經濟賬：SpaceX的液氧煤油火箭獵鷹9號，目前每千克成本是2~3千美金，合約2萬元人民幣。大型液氧甲烷火箭星艦，未來重復使用成熟後成本可實作每千克百美金左右，約合人民幣不到1000元。聚焦到朱雀三號，實作可回收後，其成本可以降至2萬元人民幣每千克。「透過這組數據可知，液氧甲烷火箭實作可重復使用後，其發射成本將大幅下降。」
如今，「天然氣火箭」已經站上商業航天的歷史舞台，但全球尚未有一款使用液氧甲烷作為推進劑的火箭實作真正地可重復使用。正如戴政所言，商業發展的從0到1，我們仍在路上。
跨越技術路線的從0到1
看朱雀二號成功問天
「當前，全球商業航天的發展路徑都趨同於SpaceX的三步走技術路線：第一步，研發一款一次性使用的火箭；第二步，研發一款一級可重復使用的火箭；第三步，研發一款可全部重復使用的火箭。」戴政表示，朱雀二號的成功發射，意味著我們在液氧甲烷火箭技術上已經完成了從0到1的突破，而接連兩次的垂直起降回收試驗，都是我們在向第二步邁進的必經之路。
為什麽液氧甲烷火箭在實作可重復使用目標之前，要先研制一次性使用火箭？朱雀二號作為一款液氧甲烷火箭如何邁向可回收？
「液氧甲烷火箭作為一個新生事物，就要經歷技術上從0到1的過程，而朱雀二號就是這個從0到1的實踐。」戴政表示，透過朱雀二號這款免洗的液氧甲烷火箭，我們突破了液氧甲烷發動機和液氧甲烷火箭的核心關鍵技術，加註系統、指揮通訊系統、發射支持系統、地面勤務保障系統等都得到了驗證。「接下來，我們就要去攻克最重要的課程——可重復使用。」
朱雀二號距離可重復使用還差什麽？「客觀來講，可重復使用在關鍵技術上要具備兩點：一是發動機具備多次起動和大範圍推力可調節的能力，二是具備高精度垂直返回制導控制能力。」戴政娓娓道來，實際上，朱雀二號的發動機是具備多次點火和推力調節能力的，而垂直返回控制能力朱雀二號是不具備的，這也就是我們當前著力在研究的，亟待攻破的一個關鍵技術。
制導控制能力難在哪兒？「要讓一級在空中一二級分離點的初始位置，用極短的時間迅速瞄準回收場坪目的地，即時規劃調整好路徑，過程中大部份飛行時間是‘自由落體’，定位準確地到達‘家門口’。」戴政比喻，這個難度不亞於從10層樓的高度將一只鉛筆扔進地面的筆筒。
火箭一級垂直返回制導控制技術跟自動駕駛相似，但火箭的速度要遠遠高於汽車自動駕駛。自動駕駛是已知起、終點，從一個已知點開往另一個已知點，可以提前規劃好路線，但過程中一直有動力和控制能力，需要面對各種突發情況。但是火箭的回收卻不是如此，雖然也是已知起、終點，但中途返程的一二級分離折返點位置每次都不確定，就相當於從一個已知點到一個未知點，再從該未知點回到已知點。並且在返程中，火箭一級大部份時間不點火、沒有動力，因此需要在有動力的很短的時間視窗內和有各種幹擾的大氣層內滑行段調整好方位、路線、速度。
「要實作回收還需要考慮第三個因素，就是經濟性問題。」戴政解釋，一級想要回收就要預留一部份燃料，這意味著相比一次性使用運載能力的降低，如果其運載能力降低過多，超過可回收節省的成本，那這樣的回收就失去了經濟價值。因此可重復使用火箭面臨一個盈虧平衡點問題，要想可重復使用火箭有意義地回收，實作發射成本的有效降低，對火箭的規模就有了要求。「朱雀二號200多噸，如果將它做成一款可重復使用的火箭，其運載能力損失比例過高，回收火箭成本可能會超過新造一枚火箭的成本，從經濟上來看不適合發展成可重復使用火箭。」以SpaceX為例，其已經實作多次可重復使用的獵鷹9號是550噸，而正在研發的星艦規模達到了5000噸。
在路上
朱雀三號如何踏穩「歸家路」？
「明年6月，可重復使用液氧甲烷火箭朱雀三號即將首飛。我們的目標是在三發內實作一子級回收。
」戴政說，當前，我們的第一要務就是在國內最早實作液氧甲烷火箭可重復使用技術的突破。
朝著目標，朱雀三號如何踏穩「歸家路」？不論是今年1月的百米級垂直起降飛行驗證，還是9月的萬米級飛行驗證，都是朱雀三號穩穩進階的一級級台階。
「今年1月19號我們成功進行了一次350公尺高度的垂直回收飛行試驗，這意味著發動機的推力調節和制導控制的配合問題已經解決，低空低速狀態下的制導控制系統演算法和策略經過驗證。9月進行的10公裏級的垂直回收飛行試驗，進一步改進演算法，這次10公裏級的垂直起降飛行試驗標誌著中國商業航天在可重復使用運載火箭技術上取得重大突破。」戴政介紹，兩次回收試驗為明年朱雀三號的首飛及回收試驗奠定了堅實基礎。
「我們要把朱雀三號可重復使用火箭打造成一款智慧化的火箭，就像智慧化汽車一樣，保證載荷順利入軌的同時讓它在飛行中根據自身的飛行狀態即時調整飛行軌跡，一級箭體在落區著陸回收後還能實作自動化故障診斷和檢測。」戴政說。對於藍箭航天來講，朱雀二號液氧甲烷火箭已經連續發射成功，走完了液氧甲烷火箭技術層面的從0到1。未來，藍箭航天計劃於2026年完成商業閉環的從0到1。在此過程中，如果朱雀三號能夠按照預期實作火箭一級的重復使用，就能在2026年實作商業化的進一步增長。
「在火箭一級回收技術實作之前，我們與領先者的差距將會不斷擴大。這是因為，科技行業中的優勢一旦確立，其發展速度將愈發迅猛。然而，一旦我們跨越了這個類似於當年iPhone問世的重大時刻，這種差距將會逐漸縮小。」戴政的這番話回答了本文開頭的問題，他表示，不跟上就面臨著被淘汰。目前，全球商業航天處於一次性使用火箭向可重復使用火箭發展的變革時期，誰能最先透過可重復使用技術實作低成本、高頻次、航班化營運的發射服務，誰就能在行業裏形成非常高的‘護城河’。」這也是藍箭航天非常清晰地以「一家圍繞液氧甲烷運載火箭開展可重復使用技術研究的商業航天企業」為定位的原因。「我們必須一如既往地加大投入力度，抓住未來5年到10年的重要戰略發展機遇，讓中國商業航天在未來的國際競爭中占據有利地位！」
回憶錄
可重復使用火箭的發展沒有捷徑，唯有踏踏實實地，一步一個腳印地走，從百米級到公裏級，再到百公裏級。「這一步一腳印的背後一面是藍箭航天人的堅持，另一面還有地區給予的全力扶持。」說著，戴政回憶起了一路走來的點點滴滴……
——那是朱雀二號遙二任務發射的前一天，天空下起了淅淅瀝瀝的小雨。我記得，原本已經躺在床上休息的測發指揮羅桂華，卻在深夜出現在了發射區。問其原因，他說：「這發火箭，是大家堵了一口氣、拼了老命幹出來的，必須謹慎謹慎再謹慎！上千人的嘔心瀝血，幾百個日日夜夜的加點加班，不能讓這雨水給此次的發射增加一絲的風險。」檢查裝置、排除隱患，這一起身，羅桂華就忙活到了發射前。其實，藍箭航天的每一個人都曾是那個雨夜裏的羅桂華。
——那是藍箭航天一路走來至今最艱難的一段時間。當時，朱雀二號遙一的發射失利，讓投資機構對我們的信心大幅降低，正趕上朱雀二號遙二即將發射，融資成為了擺在我們面前難以逾越的一座大山。也就是這個時候，北京亦莊如同過去的許多年一樣，在我們最需要的時候給予了我們幫助。產業升級基金的第一個計畫就投給了藍箭航天，為我們註入了一劑「強心針」。「企業需要的就是亦莊要做的」，這句話，我們感同身受。
2023年7月，朱雀二號遙二發射成功！我們不僅為自己爭了氣，也為「亦莊航天」爭了一口氣！
編輯：徐祎
來源：北京號
作者：北京亦莊官方釋出
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