这次坠毁,为什么如此重要?

12月3日,蓝箭航天的朱雀三号运载火箭在酒泉卫星发射中心升空。朱雀三号实现了首飞入轨,但比较遗憾的是一级火箭未能成功回收

(图:蓝箭航天)▼

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据报道,朱雀三号的一级火箭着陆前发动机点火出现异常,导致失控坠毁于回收场坪附近。尽管如此,也已经算是取得了不小的成功。

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早在今年10月24日,马斯克就在社交媒体发文,称中国的朱雀三号有望超过自家猎鹰9号。当然,马老板也不忘找补一下,表示自己正在搞的“星舰”属于另一个级别。

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要知道,能被马老板夸,尤其是能跟SpaceX的当家花旦猎鹰9号火箭相提并论,说明朱雀三号是很有点东西的。和SpaceX相似,其背后的蓝箭航天,是一家中国的民营航天企业。

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去年9月,朱雀三号完成了十公里级垂直起降飞行任务(俗称“蚱蜢跳”)。一枚试验箭经历了空中发动机停车——二次点火过程,稳定落在距离发射工位3.2公里外的着陆场坪。

​(图:蓝箭航天)▼

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这几年,我国的商业航天还真是一幅勃勃生机、万物竞发的场面。既然已经有了“国家队”,我国为啥还要大力搞商业航天呢?

跑马圈地得抓紧

一个最根本的原因是,单靠“国家队”的发射速度与成本,远远无法满足现阶段我国在卫星发射领域的海量需求

这里简要介绍两个商业航空领域的热门概念:“近地轨道空间”、“低轨卫星星座”。

近地轨道空间,是指的是距地面200~2000公里的轨道,距离地球比较近,所以发射条件比较轻松、成本比较低。同时,近地轨道卫星还具备轨道速度快、周期短等特性。

简单说,就是卫星离地球更近、看得更清楚、通信速度更快。如此优质的空间资源,各国自然纷纷下场猛抢,尤其是美国。

近地轨道上的国际空间站

横屏,图:Wikipedia)▼

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低轨卫星星座,就是发射一大系列小卫星,组成卫星群,覆盖地球表面足够广大的区域,实现彼此间通信互联。马斯克的“星链”就是目前进度最快的低轨卫星星座,累计已发射超1万颗卫星。

星链”可以在没有通信基站的地方提供互联网接入服务,比如美国有些地广人稀的“大农村”,至今都还没“村通网”,当地居民就可以交钱装个终端设备,解决最基本的上网需求。

俄乌战场上,乌克兰正是凭借“星链”,在基础通信设施被摧毁的情况下,保持战场通讯,没变成为“瞎子”,甚至还靠着“星链”实现类似于“滴滴打人”的业务。

发射星链(图:Space X)▼

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问题在于,近地轨道空间能够容纳的卫星数量是有限的。有观点认为,只能容纳6~8万颗左右。而美国SpaceX一家提出的计划就有4.2万颗,亚马逊的“柯伊伯计划”也有3200颗。

国际上对近地轨道空间的使用权,采用的是“先登先占”的规则。也就是说,如果我们不快点“跑马圈地”,就会被美欧等先发国家吃干抹净。

除了近地轨道空间有限,得抓紧送卫星上天,卫星的无线通信频段也得抢。“星链”凭借先发优势,已经占了Ku、Ka、E在内的无线电黄金频段。之所以叫“黄金频段”,是因为这几个频率传输速率高、抗干扰能力强。

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全球主管频段这一块的,是国际电信联盟(ITU)。ITU规定,卫星通信系统运营商需申报要用的频段,而且不是光申报就完事了,还有一柄叫做“七年有效期”的利剑悬在运营商头上。

简答说,就是为了避免“占着那啥不那啥”的情况,ITU规定运营商必须在2年内部署10%、5年内50%、7年内完成100%卫星发射,否则就会在删减后者申报的频段。

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可以说,我国对低轨卫星星座的迫切需求,让民营航天这个硬科技领域成为新的风口。卫星互联网也被我国纳入到“新基建”的范畴,近年来不断发布相关政策推进。

然而,还有一座大山横亘在民营航天面前,那就是巨大的发射成本。

大卫与歌利亚之战

当前,我国已有好几个低轨卫星星座正在搞,进度比较快的是千帆GW(国网)和鸿鹄三号这三家。

问题是,千帆预计2030年之前要发射1.5万颗卫星,但目前只发射了648颗,距离进度落后相当多,必须要尽快提升发射速度。

另外两家也是面临同样的问题,GW星座预计发射1.3万颗,鸿鹄三号是1万颗。目前不能说是一点进度没有,那也是相当落后,未来几年得快马加鞭了。

简单算下,千帆星座的1.5万颗卫星按“1箭18星”的发射效率,要在2030年之前完成,拢共得发射834次。问题是,我国2024年全年发射次数是68次,光靠“国家队”显然是不够的。

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我国低轨卫星星座发展速度上不去,另一个重要原因就是发射成本太高了。有一种说法,国内卫星发射的费用是15万元/公斤,一颗卫星要是500公斤的话,单次发射费用就得7500万元,没准比卫星本身的制造成本还高。

而朱雀三号由于可回收,能把发射成本打下来,目标是降到每公斤2万元,低于猎鹰9号的3千美元/公斤。

朱雀三号的体型,感受一下

(图:蓝箭航天)▼

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面对这种发射量特别大的低轨卫星星座,就必须极致降成本,否则全面商业化运营就会面临巨大压力。SpaceX之所以能成功,一个重要原因就是把发射价格降到了前所未有的程度。

用《硅谷钢铁侠》一书的比喻方式来说,过去人们造火箭,造出来的跟法拉利那么好,但到地方了就把法拉利给扔了;实际上,一辆本田雅阁就能完成类似的任务,要是下一次出门还开这辆车,成本就能大大降低。

《硅谷钢铁侠》中,就记载了一些用价格低廉的民用零部件,代替昂贵的航天级别零部件,达成同样效果却大大降低成本的故事。

停放在机库的猎鹰重型火箭

横屏,图:SpaceX)▼

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SpaceX的另一个特点就是自制率非常高,自己就完成了80~90%的制造工作,包括火箭、发动机、电子设备和其他零部件。

这似乎有点违背“哈耶克的大手”,在大家潜意识里,都觉得外包是降本增效的重要手段。再说很多中小企业一个小零件做几十年,自己要从零开始,不见得有人家做得那么好。

然而,SpaceX的工程师们却发现了其中的“华点”:外包企业肯定是要挣钱的,就必须向对方支付额外的利润,压价太狠也会把对方吓跑;还有就是在自制的过程中,工程师能发现设备可精简的地方,能降低火箭整体的重量与制造成本。

自制率高还有一个好处,就是不用担心被供应商因各种原因“鸽了”,无法按时交货,发射节奏还是牢牢掌握在自己手里好。

一些SpaceX的宣传照片

(图:SpaceX)▼

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2024年,SpaceX总共发射了138次,其中134次是猎鹰9号和重型猎鹰。北京时间11月1日,一发“自用29手的”猎鹰9号把28颗卫星送上了天,卫星入轨总数累计已超过1万颗。

23年全年,SpaceX发射质量合计1195吨,全球占比高达80%。如果“星舰”也搞定了,投入到商业运营,SpaceX这个数据将会变得非常恐怖。

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马斯克的SpaceX起跑就早、还特别能跑。而中国商业发射这一块,落后SpaceX还相当多,属于时间紧、任务重。

SpaceX目前正在搞的“星舰”,是人类有史以来最强大的火箭运载系统。

“星舰”的第一级火箭,就配备了多达33台 “猛禽”发动机,单发推力高达230吨。而第二级采用可回收设计,拥有3台真空版“猛禽”与3台海平面版“猛禽”发动机。最恐怖的还是其运载能力,即完全回收条件下能装100~150吨。

猛禽真空发动机(RVac)

(图:X @SpaceX)▼

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目前,“星舰”造价将近1亿美元,规划未来发射成本将会降到千万美元级别。这么算的话,就是约200美元/公斤。要是能成的话,SpaceX的优势之大,堪比赛车比赛中的套圈。

尽管差距很大,但我们也没必要被吓住遥想97年美国F-22首飞,一年后我国歼-10才刚刚上天,那个差距更恐怖。而现在,我国六代机满天飞,美国的F-47不还在PPT上吗?

马斯克的星舰,长这样

横屏,图:Space X)▼

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商业航天,下一个风口

也许中国的商业航天,会走上我国的新能源汽车产业曾经的路子:国家大力推动、政策扶植给行业创造风口,短时间内很多新势力冒头,经过行业“大逃杀”,孕育出一批中流砥柱。

这几年,国内民营航天企业也出现过比较抽象的事情,不乏PPT画大饼、静态试验把山给炸了的……但这也是从混乱无序、野蛮生长到行业健康快速成长的一个过程。

诚如SpaceX,也是经过了“三步走”才发展至今的:早年的“猎鹰1号”,在炸了3次火箭、公司差点破产才成功的。之后“猎鹰9号”和“重型猎鹰”步入正轨、成为赚钱的“金鸡母”,从而让公司得以继续研发更大更强的“星舰”。

尚处草创阶段的中国民营航天,尽管要面对SpaceX这样的庞然大物,但同样可以“摸石头过河”。开头提到的“朱雀三号”,就采用了与猎鹰9号相同的不锈钢可回收箭体、液氧甲烷燃料。

(图:蓝箭航天)▼

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国家队+企业队”的发展模式,其实很适合在航天这一块大展身手。

“国家队”搞更重要的项目,如空间站、登月、火星探测等等。而“企业队”则可以做类似“星链”这样的项目,既给国家队减轻了发射压力,低轨卫星星座项目也能靠企业队提速降本,属于双赢。

其实航天也是一条复杂的产业链,绝不是几发火箭、几颗卫星就完事了的。火箭上天背后,有新型材料研究、卫星设计制造、火箭发射等诸多重要节点。

国家为啥大力推动民营航天,其实就是想让更多的人才、资本、技术推动产业链发展,走科技创新这一块。

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1、《近地轨道空间是个"大宝藏"?这些太空资源要知道》

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