“猎鹰9”最终版,折射商业航天“进化史”

Space Exploration - - 太空探索 |【5型猎鹰9火箭专题】 - 文/ 王涛

继备受关注的5型猎鹰9火箭首飞成功之后,6月 4 日,Spacex 公司的猎鹰 9火箭成功将欧洲卫星公司的一颗通信卫星送入太空,这是“猎鹰9”的第56次发射。显然,自2002年6月,埃隆·马斯克创建太空探索技术公司(Spacex)以来,他凭借“不按常理出牌”的个性及主导公司一系列航天“大动作”,让商业航天在全球范围内逐渐成为热门话题。那么,对于 Spacex 来说,5型“猎鹰9”意味着什么?全球商业航天格局几何?从马斯克身上我们能学到什么?

5型“猎鹰9”瓜熟蒂落

猎鹰9运载火箭是 Spacex 设计并制造的中型两级入轨运载火箭系列,以其拥有9个发动机的第一级火箭而得名。经历了10余年的发展,猎鹰9 火箭最终版终于初露端倪。作为Spacex最主要的运载火箭,“猎鹰9”从首飞到现在的模样经历了大量设计上的变革。

最初的“猎鹰9”只是单纯为了满足美国宇航局的合同——给空间站送 “快递”,只发射了5 次,3次是为了满足美国宇航局要求的演示飞行,另外2次是配合龙飞船的空间站补给任务。早期的版本,Spacex公司就非常有“心机”地从设计上考虑了“重复使用”这个概念。在合同初期阶段完成之后, Spacex就开始着手升级自己的火箭,测试新设计、提升性能、考虑回收,进而为商业载荷服务,于是便出现了“猎鹰 9-版本 1.1”。

几次着陆尝试后,Spacex更新了设计图,加上军方载荷与同步转移轨道

载荷的需求给火箭带来了更多设计修正,于是产生了“猎鹰9-版本 1.2 构型1-4”。为了满足美国宇航局的载人合同,Spacex被要求冻结设计,所以Spacex对火箭进行最后的升级,包括提升安全性、复用可靠性与性能后,“猎鹰9”定格在了目前的最终版本——“猎鹰 9-版本 1.2 构型5”。

为了满足美国宇航局的载人需求,猎鹰9火箭需要使用相同设计连续完成7次飞行,因此 Spacex 不能像之前那样每次发射都改进一点点。是时候将这份蓝图画上句号了,而这份蓝图的标题就叫“猎鹰9-版本 1.2 构型5”。

“猎鹰9”终极版有何过人之处

“猎鹰9”的发展历程铸造了Spacex在商业航天发射领域内的领头羊地位。过去的8年时间,有超过50 枚猎鹰9火箭发射,不但为国际空间站运送大量补给设备,还将数十颗商业卫星送入轨道,甚至发射了机密军事载荷。按照马斯克的说法,5型“猎鹰9”是“猎鹰9”的终极版本,之后Spacex 将转向研发更大的火星火箭。

那么,“猎鹰9”的终极版本到底有何“过人之处”?

2010 年 6月,首枚猎鹰9火箭接近 55米高,助推器9个引擎产生近5000千牛顿的推力。8年后,猎鹰 9火箭的“全推力版”出现了,70米高的火箭能够产生超过7500千牛顿的推力。

最初的“猎鹰9”可以将 10.4 吨的有效载荷送入400公里近地轨道,改进后的“猎鹰9”有效载荷质量超过22吨,增加了一倍多,而5型“猎鹰9”则可以承载更大的有效载荷质量,并且为回收助推器提供更多燃料,提高回收 成功率。

截至目前,Spacex重复使用二手“猎鹰9”火箭的次数还没有超过2次。为了更耐用,5型“猎鹰9”使用了热保护涂层,增加了火箭尾部的保护,还使用了钛格翼以保证火箭再入大气层不会融化。该型火箭一级在不更换主要部件的情况下可以至少飞行10次,经过更多的适度翻新至少可以反复发射100次。

与此同时,5型“猎鹰9”的发射周期缩短至几周的间隔,而发生成本却更低了。

“猎鹰9”的发射服务费用约为 6200 万美元,一级火箭占成本的70%,那么每次回收重复使用将可以节省数千万美元。此外,价值600 万美元的火箭整流罩还将采用降落伞回收。参考重型猎鹰火箭在最大有效载荷的情况下,单次发射成本不会超过1.5 亿美

元,以其 63.8吨的载荷量计算,发射成本最大约为2351 美元 /千克,与目前商业发射市场的普遍价格相比,还是具有不小优势的。

美国商业航天市场格局

2 月 6 日, Spacex以成功发射63.8吨超大载荷的猎鹰重型火箭强势占据各大媒体头条,进一步巩固了其在商业发射服务市场中的地位。

目前,美国、俄罗斯和欧洲等国 家均在积极推动商业航天的发展。美国商业航天发射活动次数遥遥领先, Spacex公司、毕格罗公司、蓝源公司等作为美国商业航天企业的代表,积极与美国宇航局开展合作,涵盖航天产业的各个领域,处于世界领先水平。

2013 年,Spacex 以 0.56~0.62亿美元的低地球轨道载荷单次发射价格进入全球商业发射市场,打破了由阿里安、国际发射服务公司形成的垄断局面。2016年美国航天发射活动总计22 次,商业发射 11 次,占比 50%。20132016 年,美国商业航天年均复合增速为22%。

蓝源公司有一款名为新谢泼德火箭的“网红”火箭,用于亚轨道太空旅游,已经数次实现火箭回收。该公司甚至先于 Spacex成功实现火箭回收,回收后的火箭也已经投入再次发射,开展亚轨道太空旅游的基本条件已经具备。但发展太空旅游只是蓝源公司的目标之一,该公司的CEO贝索斯最终的梦想是把地球上的重工业搬到太空中,包括对地球环境造成严重负担的化工厂、钢铁厂、水泥厂等。如果把重工业搬到太空中,就不存在污染排放问题了。不难发现,这些商业航天的倡导者都是一些有远大梦想的企业家,并正在把这些梦想变成现实。

规模很小的毕格罗公司其背后投资人却来头不小,他是美国旅馆业大亨毕格罗。毕格罗公司开发的充气式太空舱已经与国际空间站实现成功对接,虽然太空舱刚开始充气时遇到了一些困难,但目前来看情况良好。与金属结构的太空舱相比,充气式太空舱不仅重量轻得多,而且防辐射和防撞击性能也不分伯仲。

毕格罗公司开发充气式太空舱的目的是为了发展太空旅馆。如果把充气式太空舱放到月球上,可以快速构建月球基地;如果放到火星上,可以降低载人登陆火星的成本和技术难度。

“猎鹰9”的成功能否复制

猎鹰9火箭的发展历程代表了Spacex公司商业航天发展之路。从全球市场上来看,Spacex是火箭运输系统商业化发展的代表性公司,其成功运作也成为我国商业航天描绘美好未来的代表性对标公司。但是它能代表商业航

天的未来么?这种模式能够简单复制吗?

其实,纵观“猎鹰9”的发展历程,马斯克的个人财富在早期研发中起了很大作用,同时也是支撑猎鹰火箭几次发射失败还能挺过难关的关键所在。可以看出,外部资金往往倾向于“锦上添花”,创始人的资本才能在危急关头“扭转乾坤”。马斯克的个人财富在Spacex 的早期运作中起了很大作用。

其实,对于商业航天企业来说,最难的是“持续融资能力”。持续融资 意味着有实力迅速占领市场,吸引足够多的人才。中国商业航天领域的几家创业公司在融到现阶段足够的资金以后,接下来能够有哪些亮眼的动作来回馈投资人是值得关注的,也是能否得到持续融资的最关键的一点。

另外,马斯克是个连续成功的创业者,而且他有一种神一般的“魔力”——把每一件产品都推到全球的风口浪尖。也就是说,他的个人品牌影响力达到前所未有的高度。

当然,个人形象直接牵引公司品 牌会有一定的风险。个人的社会形象具有不确定性和偶然性,一旦有任何负面新闻或者事件将会直接牵连到公司本身。

特别值得一提的是,Spacex能有今天的成果和美国宇航局给予的支持密不可分。

市场就是如此,从来不因个别企业的生存而存在,也不会因为个别企业的死亡而消失。“猎鹰9”的成功发展历程只代表了Spacex在商业航天发射服务市场领域内的成功,从Spacex 的“星链计划”可以看出,成熟商业航天企业必须在自身技术积累的基础上不断开辟新的利润增长点,深度挖掘整个商业航天产业链的巨大价值。

5型“猎鹰9”的成功发展之路是Spacex公司商业航天发射服务产品发展成功的典范,但是由于各国商业航天发展市场环境以及官方政策和企业环境的不同,我们不能断定5型“猎鹰9”的成功就代表了未来全球商业航天的发展方向,它更多的是Spacex 公司在商业航天领域闯出来的一条突破传统航天技术发展瓶颈和突破传统航天市场运作模式的新路。其他商业航天企业,恐怕还需根据自身情况和所处环境选择适合自己的发展道路。★

▲ 巍然耸立的猎鹰重型火箭

硅谷“钢铁侠”马斯克

“猎鹰9”家族

猎鹰发射成本对比

▲ “猎鹰重型”发射

蓝色起源公司的新谢泼德火箭

毕格罗公司的充气式太空舱

毕格罗公司的充气式太空舱

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