追趕時間和市場，而非馬斯克

吳洋洋

東方空間聯席CEO兼火箭總設計師布向偉。

東方空間二層的電子信息工程實驗室中央，擺著一張二十多平方米的大桌子，桌面上鋪滿了電子部件，相互之間通過手指粗的線纜連接著。這是“引力一號”火箭的全套地面調試設備，它跟裝在火箭上面的設備一模一樣，當火箭發射后，如果出了任何問題，工程師們就要在地面上對著這套系統去排查問題。

“這是計算機，也就是火箭大腦，所有指令都來自它，這是慣性組合，里面包括慣性姿態敏感器，還有控制火箭發動機搖擺的伺服機構。”東方空間聯席CEO兼火箭總設計師布向偉對《第一財經》雜志逐一介紹這些部件的功能。全部介紹完后，他指了指試驗室門口堆成小山的黑箱子說：“那里面是全套遙二的設備，下一發火箭就會用到它們。”“遙”是遙測的縮寫，這個習慣繼承自東風導彈。因為火箭、導彈的同一個型號會接到很多次任務，所以執行第一次任務就叫遙一，第二次就叫遙二，依此類推。

就在今年1月11日，東方空間引力一號遙一順利發射，創下全球最大固體火箭、中國運力最大民營火箭、中國首型捆綁式民營火箭等多項紀錄。這則消息很快點燃了大眾的愛國熱情，登上社交媒體熱搜，甚至有不少媒體將東方空間看作中國版的SpaceX。

東方空間并不是SpaceX，相反，它是所有民營火箭公司中最不像SpaceX的那家。當其他火箭公司都在學習SpaceX，將可回收液體火箭作為研發重點時，東方空間反而拿起了被視作“過時”的固體火箭技術。

布向偉也與馬斯克截然不同。馬斯克對可回收火箭、純視覺自動駕駛等技術都有著不顧及市場的偏執熱情，把他比作技術賭徒的話，將成熟的火箭技術重新排列組合成最適合市場需求的產品的布向偉，其形象更接近一位務實的火箭工匠。

歪打正著的火箭工程師

布向偉進入火箭行業一開始是誤打誤撞。2003年夏天，他最終決定將哈爾濱工業大學航天學院的飛行器環境與生命保障工程專業作為自己的第二志愿時，并沒有預料到他未來20年的人生就此與火箭綁定在了一起。畢竟，對于這位河南洛陽的高三學生來說，那時唯一可參考的資料就是厚厚的《高考填報志愿指南》。

而在他入學前的1999年，美國眾議員克里斯托弗·考克斯（Christopher Cox）領導起草了一份將中國航天產業打入低谷的報告，這份《考克斯報告》指控中國竊取了美國的先進軍事技術，如核武器與導彈。受此影響，美國政府開始全面禁止美國的衛星以及任何含有美國零部件的衛星使用中國的火箭來發射。

直到入學后全程觀看了“神舟五號”航天飛船載著中國首位航天員楊利偉順利升空的直播，布向偉的航天夢想才被點燃—這時候距離他創業造火箭還有17年之久。

東方空間進入市場的市場并不算早，甚至可以說算晚的。早在2015年，中國發展和改革委、財政部、國防科工局聯合印發《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃》，提出支持和引導社會資本參與航天產業后，藍箭航天等第一批民營火箭公司就先后在這一年成立了。

其中，藍箭航天、天兵科技都成立于2015年，星際榮耀成立于2016年，星河動力成立于2018年。東方空間成立之前，星際榮耀甚至已經有了成功發射的記錄，2019年7月，其研發的雙曲線一號遙一將衛星送入近地軌道，這是民營火箭首次成功入軌。

2015年布向偉還在中國運載火箭技術研究院（以下簡稱“航天一院”）為長征十一號火箭工作。航天一院是目前中國航天科技集團旗下從事運載火箭總體設計的大型科研生產聯合體之一，另外一個就是通稱航天八院的上海航天技術研究院。前者包攬了長征一號、二號、三號、五號、七號、八號、十一號等火箭的設計，后者則負責了長征四號和六號。兩者都屬于火箭制造和發射的“國家隊”。

中國民營火箭元年的到來，令布向偉的創業熱情也被激發了出來。他發現，國家隊的發射供給雖然也在增長，依然跟不上快速膨脹的商業發射需求。然而絕大多數民營火箭公司，都將目光放在追趕SpaceX而不是客戶身上，這讓他意識到，或許可以在這個市場，做點不一樣的火箭。

“ 引力一號”火箭的全套地面調試設備。

造市場定義的火箭

東方空間于2020年6月正式注冊，布向偉終于要開始造自己的火箭了，擺在他面前的第一個問題是—要設計一款什么樣的火箭。這看起來是一個開放性問題，但對于處在那個時間節點的東方空間來說，選擇其實已經不多了。

一方面，在如今依然活躍的幾家火箭公司中，他們是起步最晚的。而火箭發射是一項高成本、高風險的任務，一旦失敗，損失的金錢和時間都是巨大的，這就使得資金更愿意向有經驗的火箭公司聚集，對于晚入場的公司非常不友好。“初期融資壓力非常大，最大的難題是—如何證明你的公司比別人更有價值？”布向偉回憶說。

另一方面，從全球角度看，隨著SpaceX不斷降低發射成本，衛星組網開始邁向巨型“星座”時代，火箭公司需要具備更大載荷的發射能力，讓一箭多星成為常態。

事實上，自蘇聯于1957年將首顆人造衛星斯普特尼克1號送入近地軌道以來，衛星發射長期屬于“少數人的游戲”—直到現在，全球擁有獨立發射衛星的能力的國家總共只有9個。截至2019年，近地軌道上僅有約3000顆衛星，它們通常單顆獨立運作，或者數十顆組成小型網絡協同工作。例如，GPS全球定位系統是由31顆衛星支持的，而提供衛星電話服務的銥星公司也只擁有66顆現役衛星。

馬斯克的星鏈計劃（Starlink）打破了局面。他于2015年首次提出要通過衛星建立起覆蓋全球的高速互聯網接入服務，即第一代星鏈計劃，該項目預計需要總計1.2萬顆近地軌道衛星。2019年，他提出第二代星鏈計劃，計劃要再發射3萬顆。憑借著SpaceX獵鷹九號的極高發射效率，截至目前已有6000顆衛星被送入軌道，其中1/3是過去一年發射的，且發射的頻率還在加快。

然而，衛星軌道資源并非無限的。用洋蔥比喻的話，地球就是洋蔥的核心，外面一層層的皮就是衛星軌道，由于衛星在太空中以每秒數千米的速度繞地飛行，為了確保安全，不僅各層之間要保持距離，單層內的各個衛星之間也要保持距離，通常來說航天器的安全距離為50公里。

其中，距離地球400到2000公里的近地軌道是稀缺資源，這個軌道上的衛星由于距離地球近，有著信息傳輸時延小、鏈路損耗低、發射成本低等優點。根據國際電信聯盟（ITU）的測算，近地軌道衛星總容量約為6萬顆，如果星鏈的4.2萬顆衛星如期入軌，僅此一家就會占去70%的容量。

國際上，衛星軌道資源一直以來遵循先到先得的原則。受到SpaceX的壓力，各國都不得不開始跑馬圈地，英國的OneWeb、德國的Rivada SpaceNetworks，以及中國的星網都在這個背景下應運而生，而這些巨型“星座”最起碼都計劃了上千顆衛星的組網。

1月11日，引力一號在山東海陽東方航天港附近海域發射升空，成為國內第一家實現海上發射的民營火箭公司。

固體火箭只是布向偉的第一個產品，他的未來計劃同樣是做可回收火箭。

東方空間的入場時間迫使它需要在更短時間內拿到加入游戲的資格。

東方空間的第一款火箭不僅要滿足投資人對低風險、短周期的要求，還要順應未來客戶們對大載荷的發射需求。于是，布向偉為引力一號選擇了與其他民營火箭全然不同的構型—一款全固體捆綁運載火箭，它由三級固體芯級捆綁四枚固體助推器組成。由于外表看起來圓墩墩的，有外國網友稱其為大胖小子，與其他中國民營火箭筆筒式的外觀形成強烈反差。

布向偉選擇的固體發動機其實是已經被大部分民營火箭公司放棄的“過時”技術。固體火箭常被戲稱為大號的“二踢腳”，因為固體發動機其實就是將推進劑以固體狀態直接儲存的火箭發動機，一旦點火，只要燃料不耗盡就不會停，發射過程中也很難精細控制火箭的飛行軌跡。相比之下，液體發動機更接近我們日常理解的發動機形態，點火后，液體推進劑會被有計劃地輸送到燃燒室，再通過噴管排出產生推力。

對比工作原理后很容易發現，像炮仗一樣的固體發動機只能是一次性的，液體發動機如果能夠在最終落地時精細控制推力，保證發動機功能完好，那么只要再次填充燃料，就可以實現火箭的回收利用，這就是SpaceX可回收火箭的理論基 礎。

液體火箭才是面向未來的技術，布向偉很清楚這一點。但自研液體發動機難度很大，東方空間等不了那么久。“目前SpaceX液體火箭通過回收再利用，已經把發射價格降到了2萬元/公斤以下，”他對《第一財經》雜志說，“而中國其他民營公司的不可回收液體火箭的價格大約是每公斤6萬至8萬元。”

簡而言之，中國民營火箭公司想要實現成熟穩定的可回收技術，并把成本降到SpaceX的水平還需要幾年時間，而這個時間差就是引力一號瞄準的機會。通過從國家隊那里采購成熟的固體發動機，將發射價格降到5萬元/公斤，東方空間就有機會在此期間借助便宜穩定的火箭來搶占市場。

布向偉沒有像大部分民營火箭公司那樣，選擇先研發一款運載能力在百公斤級的小型火箭作為過渡，而是直接將引力一號的載荷定在4.2噸。在此之前載荷最大的民營火箭只有1.5噸，大部分型號更是不到300公斤。為了增加載荷，引力一號成了首款捆綁助推器的民營火箭，這也成為布向偉需要攻克的難點之一。

大載荷意味著要有大空間，布向偉為這些衛星留出了100立方米的載荷空間，并且在引力一號頂部設計了一個直徑4.2米、高9.3米的整流罩，這也是中國民營火箭里最大的。整流罩就是衛星等貨物的保護罩，當火箭穿過稠密的大氣層時，它可以保護貨物免受氣流、熱環境的傷害。

可以說，引力一號是一款主要由市場定義，而非由工程師定義的火箭。在布向偉看來，民營火箭公司的責任與國家隊不一樣，國家隊需要攻堅克難，解決科學命題；而民營火箭公司需要滿足市場需求，盡量使用成熟技術而不是最先進的技術去滿足客戶需求。

與時間賽跑

雖然確定了引力一號的構型要采用成熟技術，對于一家剛剛成立的火箭公司來說，面臨的難題依然很多，第一個難題就是人才不夠。

決定成立東方空間時，布向偉首先盤算的就是團隊如何組建。“公司成立時，全中國商業航天真正做過火箭設計的人并不多，也就一百來號人，分布在各個火箭公司里。”布向偉明白完全依靠這些人來造火箭明顯是不現實的，“核心骨干或許可以湊得齊，但其余70%的人只能在市場上找”。

但公司成立初期，甚至連核心骨干都湊不齊，布向偉只能眉毛胡子一把抓，他不止要負責總體設計，同時還要帶著社招來的新人做更細節的部段設計。在體制內，火箭設計上每個人的權責界限都很清晰，所以部門復雜、層級眾多，有總體設計師、副總設計師，下面還有各個分系統的設計主任、副主任等等。但在公司里，團隊被迫扁平化，通過提升溝通效率來彌補人手不足。

“航天人的性格普遍上都厭惡風險，因為火箭是一點錯誤都不能有的，”布向偉表示組建團隊急不來，“所以最開始一些前同事也在觀望，他們需要時間來確認（東方空間）到底成不成。”第一年，整個設計團隊只有布向偉一個是有經驗的，第二年才有了發射支持、航電、軟件三位副總工程師的加入，直到2022年年中，如今的全部6位副總師才最終到齊。

除了缺兵少將，布向偉面對的真正難題還是火箭設計本身。在此之前，國家隊也有不少捆綁助推器的火箭，但是這些火箭只有助推器是固體發動機，芯級都是采用液體發動機，而引力一號為了趕時間，芯級和助推器都采用了固體發動機，這種構型之前從未有過—它看起來就像二踢腳的四周綁了幾個“竄天猴”。

這種全固體捆綁式構型最大的問題就在于推進器的分離高度太低。傳統捆綁式火箭的芯級都是液體發動機，它的推力比固體發動機工作時間更久，一般飛到80至90公里的高度才會面臨助推器分離；然而引力一號的芯級也是固體的，飛到40公里就面臨助推器分離，這個高度還在大氣層內，氣動干擾還比較嚴重，助推器分離時更容易與芯級發生碰撞，導致空中事故。

為了解決這個問題，布向偉團隊采用了兩個方法。其一就是讓助推器與芯級分開點火，起飛時只有助推器點火，當助推器快要耗盡時芯級再點火，讓芯級與助推器產生速度差，并提供額外的控制力，從而降低碰撞概率。其二就是為可能出現的各種情況開展仿真分析，制定飛行程序方案。為此他們辯識了火箭上一千多個敏感參數，分離團隊模擬了這些參數各種可能的排列組合，并最終編制了兩個互為備份的飛行程序輸入到火箭的計算機里，它們會在預定的條件下觸發，確保火箭能夠包絡各類偏差實現可控分離。

布向偉面對的最后也是最關鍵的難題，就是如何節約時間。截至2 0 2 3年年末，已經有5家民營航天公司成功發射過火箭，留給東方空間的時間越來越少了，它的成立時間比其他公司晚了幾年，可投資人只看結果。所以尋找每一個可能可以節約時間的環節成了布向偉的日常工作，其中最讓他得意的就是對助推分離試驗的改進。

所謂助推分離試驗就是在地面驗證助推器分離方案是否正確、分離過程是否順暢。為了實現1套產品完成2次分離試驗，需要對助推器做回收。傳統做法要求比較高，周期比較長，需要先做預試驗，搭建一整個氣囊場地、使用模擬件驗收回收裝置的正確，確保摔不壞再用真正的助推器做試驗。然而引力一號團隊采用了土辦法，首先就是預試驗不用模型，而是讓一個小型金屬結構替代模型，通過它的墜落情況來分析是否會傷害到助推器；然后場地也不用氣囊，而是用沙堆和海綿墊替代，這又省去不少設計、生產和充氣時間。從結果看，試驗團隊從搭場地到完成試驗只用了兩個多月—如果按照傳統辦法，大概需要花半年左右才能做完試驗。

要時間還是要質量，類似的權衡布向偉時時刻刻在做，他需要不斷用經驗去判斷哪些環節的質量是可以為了省時間而打折扣的。最終，引力一號從設計到發射前后只花費了約三年半，而一款火箭常規的研發時間是5到6年。

2024年1月11日13時30分，引力一號在山東海陽東方航天港附近海域發射升空。十余分鐘后，三顆云遙一號氣象衛星準確入軌，布向偉的構型成功了。

“其實前一天晚上，我想得最多的不是成功，而是失敗，”他對《第一財經》雜志回憶說，“因為成功就簡單了，你倒頭就睡也沒人會管你，但失敗了要怎么面對團隊、面對投資人？”

不過，讓布向偉安心的一點是，他的Plan B已經就位了。在已經發射的火箭之外，他準備好了引力一號的遙二全套系統，即使第一次發射出了問題，5個月后他就能“再打一次”。

不只是遙二，今年引力一號計劃再制造3枚、發射2枚—第三枚仍然是備份；明年計劃5到8枚，后年計劃18到28枚。現在競爭對手的液體火箭性能還不是很強，這是將引力一號推向市場最好的時間窗口。

當然，引力二號也已經在開發中，這是一款完全對標SpaceX獵鷹九號的運載火箭，采用液氧煤油發動機，高70米，起飛推力900噸，近地軌道運載能力15噸。

在布向偉的規劃中，固體火箭引力一號與液體火箭引力二號應該是互補的，前者的優勢在于靈活，用于服務一些零碎的發射需求，后者的優勢在于載荷量大，是未來的主力發射產品。