想让太空旅行像坐飞机一样实现航班化,可回收技术就很重要。目前,有且只有一家美国公司拥有入轨级可回收运载火箭技术。而国内一家严格对标这家美国公司发展路径的企业——深蓝航天,最近的成绩引人注目。
就在今年 5 月 6 日,深蓝航天试验火箭「星云 -M」完成了 1 公里级垂直起飞及降落飞行试验,火箭在爬升和下落的过程中同时进行了横向移动,最后降落至着陆场「靶心」位置不足 0.5 米的点位,实现成功回收。

本次回收飞行试验,标志着深蓝航天仅用 10 个月的 3 次发射试验就达到 2012 - 2013 年那家美国公司用一年多的时间、8 次发射试验达到的同等级试验成果。在那家美国公司之后,深蓝航天也成为了全球第二家完成液氧煤油火箭垂直回收复用全部低空工程试验的公司。
最近,我们邀请到了深蓝航天创始人 & 董事长 & CEO 霍亮,深蓝航天最大的机构投资者真成投资管理合伙人李剑威,一起聊了聊商业航天背后的产业思考。
液体可回收:商业和理想的双重考虑
「星云 -M」试验箭本次试验成功有哪些突破性的成果?霍亮表示,试验箭的成功主要是验证了国内对于可回收垂直起降试验的突破,主要体现在以下几个方面。
达到了公里级的飞行高度,这是国内之前的飞行测试所没有做的高度,飞行的时间也有了大幅度的延长。
加入了一个横向的制导,专门在起飞点大概横向 40 多米的距离,做了一个圆形的回收着陆点。
考核了横向移动飞行:经过飞行过程中的横向移动,精确地降落到了预定的着陆点,误差很小。
这一次试验的火箭已经执行过三次飞行任务,发动机和箭体前期经历了 7 次的静态点火;在这次飞行之前的测试过程中,接连进行了短程和长程的两次地面静态点火,实际上整个火箭的发动机已经点过 12 次了,也初步验证了火箭重复使用的能力和性能。
霍亮强调,做回收不单单是为了把火箭收回来,而是为了能够多次重复使用。在此之前,一艘火箭和发动机能够如此多次地、重复地投入飞行和实际点火的过程中,在国内是没有的。
大家看到的报道是做了三次的飞行试验。但是在飞行试验之前,深蓝航天做过地面静态点火;做过悬吊测试——就是把火箭用悬吊绳吊起来,然后离地面一定的高度飞。这些过程并不是全部都成功了,比如在悬吊试验的过程中,火箭就出现过失控的情况,围着悬吊绳有一定程度的甩动,就执行了紧急关机的过程。实际上大家所看到的飞行成功,也是在不停的尝试、改进过程中,最终呈现的结果。
这次测试的成功是一个很大的进步,如果对标那家美国公司,差距是在拉大还是缩减?李剑威表示,从 2015 年开始研究这家公司,一直在关注它的可回收能力。现在大家都看到它非常厉害,几乎没有失败的,而且都是用猎鹰 9 号,或者猎鹰重型火箭。但是真正从 0 到 1,研究这家公司的重点应该是在 2012 年到 2015 年 12 月 21 号,第一次实现入轨可回收的期间发生了什么。
这家公司从 2012 年开始用小步快跑的思路做了一个小火箭 GrassHooper(蚱蜢火箭),就是蚱蜢跳火箭。最开始是在地面上不动,点火、熄火;接下来跳了四五米,再接下来就 10 米、40 米、80 米;到 2013 年的第四季度,一共做了 8 次试验,最高高度达到 744 米。通过这 8 次试验,基本上掌握了小火箭的低空发射回收的技术。
2014 年,这家公司研发了猎鹰 9 号开发版(Falcon 9 Dev),开始做高空的试验。从 1 公里开始,到 10 公里、100 公里,在 2015 年底实现了入轨可回收。李剑威说,当时一直在关注这家公司,看了每一次发射的全过程,反复研究,结论是未来如果有公司要真正实现入轨可回收的话,这个试验步骤是必不可少的。
深蓝这次一公里可回收的成功,相当于那家美国公司 2013 年底到 2014 年初的状态,低空的回收试验已经做完,接下来要做全尺寸火箭的高空试验。如果类比这家公司,从做完 744 米的低空试验开始,到入轨可回收大概是两年多的时间。李剑威相信有了这家公司之前的积累,包括它给的样板来验证这条道路的可行性,估计在两年到两年半的时间里,是有机会实现入轨可回收的。
霍亮 2011 年博士毕业后就加入了中国航天,工作了 6 年的时间。主要负责两个方面的工作,一个是航天器结构总体设计,主要是设计航天器的整体结构;另一个是航天器的系统设计。
2016 年,当时无论是学习或者工作,对于航天技术和技术创新都有很大的热情,当时特别关注美国的技术进展,主要关注了两个方面。一个是美国的臭鼬工厂,它们创造了很多世人瞩目的技术,还有著名的「14 条规定」。作为有热情的青年设计师,我们也是期待想创造出一些新的产品。
第二就是那家美国公司的技术进展,2015、16 年陆续实现了陆上、海上的回收,这些技术当时在业内还存在很多的争议,但我自己觉得火箭的回收以及回收这项技术和产品是未来的一个发展方向,并且商业航天应该也是很有发展前景的领域,就决定走上了创业的道路。
作为投资人,李剑威回忆,2019 年的时候,他们的目标是要做可回收,因为只有这样才能改变成本结构,才能赚钱,否则一发一发打的方式对于中国航天的体系没有优势。当时霍总非常坚定地要做可回收,但是只有一份商业计划书,没有任何迹象能支持深蓝可以成功,所以天使轮他没有投资,但保持着一定的关注度。
2021 年 7 月,十米的可回收成功后,又做到一百米。基于前期对那家美国公司的深入研究,他们觉得去年是一个非常好的时间点,也看到了一些关键的里程碑,就在 11 月份做了投资的决定。坦率地说,在深蓝做完一公里试验之前,整个市场对深蓝还是相对比较怀疑的。
大部分企业都选择先入轨火箭,为什么深蓝选择液体可回收火箭的道路?李剑威表示,火箭公司的早期收入相对比较少,不入轨的话可能会没有收入。有些投资人相对比较保守,选择先入轨能让 VC 知道公司能产生象征性的收入,有一定的收入体量之后再慢慢做可回收;但在中国如果只做入轨火箭,民营公司和国有体系相比可能没有太多的优势,不管是固体火箭还是液体火箭长征系列的性价比都很高。NASA 的火箭比长征系列火箭贵很多,所以在美国先做入轨是可能的。但是在国内,如果不聚焦做可回收液体火箭,可能会浪费大量的资源。
去年中国发射了 55 次火箭,其中有 52 次成功入轨,有 3 发固体火箭出于各种原因没有成功,所有的液体火箭都能入轨。以中国航天目前的能力,入轨并不是一个特别大的问题。目前看到做有工程意义的可回收团队非常少,他们觉得可回收才有可能彻底改变整个火箭的成本结构,从量级上降低每公斤入轨的成本,他们坚定去寻找专注在可回收的团队,这也是当时为什么选择深蓝的最核心原因。
霍亮表示,从选择方面来讲,他们是一直没有改变的。从制造火箭开始,他就觉得应该做液体回收的火箭。主要原因是目标的不同,如果我们想做现有产品的替代,或者只是在现有基础上每年多发射几十次,那么实际上是可以通过做一次性不回收的固态火箭来实现。但是如果我们想把航天带到每一个人的生活里,就像现在的智能手机一样,想去开发太空资源,走更广阔的扩展,传统的工具不能满足我们的需求。
火箭技术发展了很多年,他认为过去的一二十年或者说更长远的时间,这个技术已经到了一个平台期,没有颠覆性的变化;回收技术的出现让他看到了行业踏入一个新高度的可能,所以他们才选择去做这样一件事,但是确实也是蛮难的。因为国内没人做这样的事情,没人知道怎么把一个可回收的液体火箭做出来。
而从目标的角度来看,如果我们要建设像《星际穿越》那样的空间城市、如果要去火星,我们需要什么样的工具?如果下一代的航空能够让每个人都参与,就像九十年代的飞机一样,我们需要什么样的工具?回收是一个必选项,不是一个可选项。
这次公里级试验的成功,用伟人的话来说,是宣言书、也是宣传队和播种机。宣告了他们的坚持获得了认可,也宣告了他们更加坚定地向这个方向努力,欢迎更多热爱这个事业的人都来加入这个行业。所以这个角度不仅仅是商业化的考虑,也是他们对这个事业的热爱,他们对于需要做点什么所给出的答案。
对标美国公司的创新和教训
当时那家美国公司做可回收火箭的争议是什么?为什么最后大家都认同了这个方向?霍亮表示,火箭发动机是能量密度最高的一类产品,发动机所能够获取的功率甚至比得上一艘巡洋舰能发出的功率。对于回收的第一个争议是火箭发射完就消耗完了,发动机收回来也没有用。类似于让一个人费尽全力跑 100 米,让他以同样的速度再跑 100 米就不大可能了。
第二,回收是需要付出代价的,回收的火箭改造后实际上对运力是有损失的,如果损失太多可能经济效益就降低了,就不划算了。第三是技术难度。美国七八十年代的航天飞机从工程上来看并不是一个成功的项目,可靠性低、成本高。大家觉得马斯克会走向同样的路。当时认为互联网出身的马斯克是在制造噱头,为了资本市场能获得很多回报。
但是从另外一个角度考虑,如果我每天都想去太空,如何去实现?2021 年全球的发射次数是 110 多次,如果后面加一个 0,如何实现这条路?不停扩大生产线肯定不现实,未来的途径一定是把火箭做成飞机。
他们仔细分析了航天飞机的技术,用的是五六十年代的技术和产品,经过半个世纪,材料技术、仿真技术、计算机航电、环境预设、总体设计等方面都取得了非常大的进展。从技术角度来讲,我们是能够也有条件去实现这样的技术的。他非常崇尚马斯克所讲的第一性原理,把火箭的技术掰开了看,会发现每一个单向技术在相应的领域中都取得了突破,在每一点上它都是可行的。而从工程师的角度来看,他们认为可回收技术在将来能够获得很大的发展。从 2016 年到今天已经过了 6 年的时间,现在的结果也证实了他们当年对他的判断。
从技术或做事的方法上,那家美国公司真正的创新是在哪些层面上?霍亮认为,首先它的研制模式跟传统的火箭相比是略有不同的。火箭毕竟是一个系统工程,产品本身的开发过程都是非常复杂的,它的复杂性体现在每一个元素和变量之间相互的关联性都非常强,属于数学上的高关联性模型。最开始研制的时候,这家公司的团队人数很少,初始的产品也很简单。回头来看,猎鹰一号火箭和梅林 1 发动机都是相对比较简陋的产品,但还是用这些产品进行了猎鹰一号的发射。猎鹰一号的发射在今天看来几乎是一个不可接受的结果,失败了三次才成功,还有一次是发射前发现喷管长了,在现场把喷管截短了一节。
在研制的模式上,它采用了一种敏捷的研制方法,设定了一个不是那么广大的目标,先往前走,达到目标,给予市场一定的信心之后,再往前走一步。而不是像我们原有的研发过程,一步就走到最终状态,也就是设计冻结,国内称之为定型,设计不调整,通过反复地发射来验证产品的可靠性,这是研制模式上的差别。
从技术上而看,包括他的目标创新,他觉得是因为获得的资金支撑不够。它的整个发展道路,并不是一开始就能够规划出来,而是在探索过程中不偏离目标和第一性原理,不停地试错,逐渐掌握了很先进的技术。比如多台发动机并联实际上是降低可靠性的,如果是传统的四级并联火箭,任何一台发动机出现问题,火箭就不能入轨了,但是现在起飞时有两台发动机坏掉仍然可以飞行,虽然可能回收不成功,但是入轨能够成功。这是因为它的动力系统进行了升级,控制系统用了 30 个计算芯片,平均一个通道 3 个芯片,可靠性提高了很多;而元器件用的是汽车的线路板和芯片而不是航天级别的产品,通过低成本的多冗余实现了可靠性的成倍提升。在实现的过程中,载人航天的标准并不会降低。
那家美国公司为什么选择做星链?星链未来的商业模式是怎么样的?霍亮表示,如果你的产品比别人好 20%,你是做产品;如果比别人好 90%,那你是做替代的。马斯克掌握了一个低成本又快速的投送工具,就继续向下游延伸,开拓了星链的业务。短短不到两年的时间,已经向太空投送了超过 2000 颗卫星,今年可能还会加速。本质上还是因为它在火箭这件事上形成了绝对的优势,然后自然而然的去延展。能够去开拓这个业务的核心建立在技术的进步上,是由于技术的进步带来了能力的提升和成本的大幅度降低。任何一个行业,成本得到大幅度下降的时候,都会带来一种蓝海效应,很多原来不存在的需求,都会变为现实。比如去年我们看到的太空旅游等,现在航天正处于历史的转折点。
如果是存量需求的话,那是现有的成本所对应的一个模式。如果成本下降一到两个数量级,假如我们能够在绝对安全的情况下把一位乘客送到太空旅游 10 分钟,收费一百万人民币有没有人愿意去?如果一百万太高,降到十万人民币会不会有人去?这个需求一下就成了有足够想象空间的一件事。
深蓝有做类似星链的产品计划吗?霍亮表示,目前没有这方面的计划,他们的目标是入轨的同时做到可回收。现在的火箭只是验证他们回收技术中的一个环节。能跟大家披露的是,他们从 2020 年开始一直致力于研发入轨火箭,包括它的产品,已经蓄势待发了。未来的方向是把火箭从部分重复使用做到完全重复使用,他们判断这种以化学能作为推进方式的火箭,是目前我们在工程上从地表到近地轨道空间最可行、最经济的方式。


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