火箭回收的中國路線

2024年，商業航天領域誕生了兩個里程碑，一個是人類首次實現商業太空行走，另一個是中國可回收火箭首次10公里級試飛成功。創造前一個紀錄的是馬斯克的SpaceX，后一個紀錄則由中國的民營火箭公司藍箭航天創造。

2024年9月，朱雀三號試驗箭在酒泉衛星發射中心完成10公里級垂直起降返回飛行試驗。這款火箭由藍箭航天自主研發，2024年1月剛剛完成百米級的垂直起降回收試驗。接下來，2025年6月，這款火箭將迎來正式首飛。

讓火箭可回收是個趨勢。成立于2002年的SpaceX開創了這一潮流，它使得造價昂貴的火箭可以重復使用，從而降低發射成本。作為部分可回收運載火箭，目前SpaceX的獵鷹9號已成功回收火箭的一級部分386次。此前，火箭將衛星等航天器發射到太空后，火箭本身也無法回到預定港口并再次使用，大多為“一次性火箭”。

馬斯克希望火箭能像民航飛機一樣被重復使用，藍箭航天的創始團隊也在以此為目標追趕。

火箭回收的藍箭方案

10公里級的垂直起降回收被認為是可回收火箭的重大技術節點，因為它“幾乎完整地模擬了正式發射過程中一子級火箭回收的所有關鍵環節”，朱雀三號總指揮戴政說。火箭在太空飛行時，大氣稀薄，其速度和位置并不會受到多少干擾，但一旦下降到距離地面四五公里的時候，就會因為空氣狀況積累很多偏差，導致速度和位置都變得難以掌控。因此，火箭要可回收，首先就要解決這最后幾公里的問題。

在藍箭之前，國內已經有其他公司完成了同樣距離的垂直回收飛行試驗，但大家的回收方案并不相同—深藍航天、航天八院等都用全程點火的方式控制了火箭在空中的運行軌跡，而藍箭選擇在火箭距離地面僅4公里的時候才再次點火，在此之前，火箭被允許自由降落。

可以用“踩剎車”來類比這一問題：“全程點火相當于全程一直踩著剎車跑，但二次點火是在距離終點只有10米的時候開始踩剎車。”距離越近的剎車，對于駕駛員的技術要求越高。不過，攻克這項技術的好處也顯而易見，它更省燃料，可以使火箭更輕。對按斤計價的太空訂單而言，火箭變輕，可以運輸的貨物就會更多。

目前，藍箭的朱雀系列火箭在運載能力上還不及SpaceX旗下的獵鷹9號，后者能一次將20噸物品運上太空，按一公斤5萬元計算，獵鷹9號在滿載狀況下每完成一筆訂單就能回款10億元。而朱雀的運載能力目前只有4噸多。不過戴政認為，只要火箭設計的大框架是對的，接下來只是逐步迭代的過程。

為了使火箭更輕，其實還可以把推進劑箱壁—也就是盛放燃料的容器—厚度設計得更薄。推進劑之前通常是在火箭發射前幾小時才加進去的，但是距離發射時間越長，推進劑的溫度越不穩定，后加入的溫度低，而先加入的在常溫的環境下溫度已經升高了，這樣的箱壓就不允許箱壁更薄。而“全過冷加注”技術一方面保證了推進劑盡可能都在低溫狀態下，另一方面把加注時間縮短至1個小時左右，也防止了先加入的推進劑在常溫下的時間太久。過去推進劑的加注工作是火箭發射場完成的，屬于另外的體系，而藍箭通過自己的發射場和工位，已經把加注這個環節的管理體系掌握在自己手里。

迭代完推進劑箱壁，接下來就可以控制推進劑升溫速度、壓縮火箭加速時間等，這些控制技術的迭代會反饋在火箭設計的進一步優化上。“這是一個系統功能，鏈條的每個環節都相互做迭代，才能實現運載能力的提升。”戴政說，SpaceX從最開始的1.0版本到1.1，再到1.2，接著是1.2的block5版本，經歷了很頻繁的迭代，才有現在的20噸運載能力。戴政認為，重要的是先形成能力閉環，之后才是通過不斷迭代挖掘潛力。

戴政所說的“能力閉環”指的是可回收火箭所需要的一系列火箭設計方案選擇。在火箭設計領域，長期以來一直有著多種技術路線，一種是固體火箭，一種是液體火箭—固體和液體指的是火箭使用的推進劑的形態。即使都用液體燃料，也分為液氧甲烷和煤油。

除了點火方案，推進劑的選擇是火箭是否可回收的另一決定性關鍵。如今，業界認為甲烷才最適合可回收火箭，因為它燃燒之后不會留下積攢的碳，回收后的發動機和內部都很干凈。相比之下，使用煤油作為燃料的發動機需要定期清洗，煤油的滲透性極強，如果不對閥門等關鍵部位做徹底清潔，再次點火時可能會發生爆炸。但在藍箭成立不久的2017年左右，國內航天市場對于推進劑的方案并沒有統一答案。

“當時我們查了很多資料，據說火星上具備制備液氧甲烷的條件。”藍箭副總裁劉建對《第一財經》雜志說，早在2017年，藍箭就確立了甲烷路線，其所有火箭都是基于這種能源方案設計的。同一時期，不少同行選擇了另外一些路線，出于短期利益考慮，或者受限于供應鏈為了“更快地飛出火箭”，設計制造了一些老式的一次性火箭，等到近年想往可回收火箭轉型時，才發現需要大改火箭設計，而藍箭的“長期主義”使它后來在火箭可回收領域反超了一開始迅速完成發射的對手。

從模仿到超越

和SpaceX相比，中國火箭公司目前仍有較大技術差距。劉建稱，“中國目前可能處于SpaceX2010年到2012年的技術水平。”等2025年朱雀三號正式首飛之后，藍箭能達到SpaceX2015年的水平—那一年，SpaceX首次實現火箭一級助推器成功著陸回收。但跟國內的火箭“國家隊”比，中國民營火箭公司已經實現了從模仿到反超。

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》，首次提出支持和引導社會資本參與航天產業，民營資本和社會力量開始進入商業航天。此后，中國民營航天公司開始出現，藍箭是其中之一。

這些民營航天公司從0到1的技術基礎大都來自體制內單位—火箭技術研究院體系。這一點從兩者間的地理位置上就能看出來。藍箭航天所在的北京亦莊聚集了多家受SpaceX啟發而成立的中國商業航天公司。從亦莊的榮華南路往東走，半徑2公里內，分布著藍箭航天、星際榮耀、星河動力、深藍航天等多家公司。目前，一個叫“亦莊火箭大街”的項目正在這一區域施工。而這一區域距離中國運載火箭技術研究院直線距離僅6公里。

藍箭航天的多位高管都來自火箭技術研究院。加入藍箭航天前，劉建就在云南火箭技術研究院一部十一室上班。戴政和劉建同屬一個院，不過跟劉建不在一個部門，劉建在負責火箭認證的部門，戴政在火箭結構室。

在藍箭投資方建銀國際的總經理趙論語看來，商業航天的一個基礎邏輯就是把體制內的技術通過人才流動釋放出來，再通過市場化的供應鏈把成本降下來，而研發可多次使用的可回收火箭是降低發射成本的重要途徑。2022年，建銀國際投資了藍箭航天。

很長一段時間內，從設計方案到供應鏈，藍箭航天都在模仿體制內造火箭的做法。但這一過程并不順利。劉建稱，商業航天在剛起步時面臨著和體制內的諸多摩擦，因此2015年到2017年對公司和自己來說都是彷徨期。劉建對《第一財經》雜志回憶稱，當時大環境對商業航天缺乏認知，航天科技、航天科工這些供應單位對商業航天多是抵制態度。2017年，當藍箭航天想從航天科技集團為藍箭一號火箭采購一款固體發動機時，航天科技四院同意了，但報送到集團之后被拒絕。

直到2018年，西安航天動力研究所副主任設計師張小平從體制內離職，加入藍箭航天時，針對商業航天的“抵制”仍然存在。張小平離職后，其原單位發布公文稱，他的離職在某種程度上會影響到中國載人登月工作，呼吁張小平回歸。有報道稱，張小平跳槽后待遇從一年12萬上漲至年薪百萬。

倒逼之下，藍箭選擇重尋出路，除了自研發動機和關鍵電機、零部件，藍箭也開始盡量減少對體制內供應鏈的依賴—過去，中國航天產業的全部供應鏈都在國有體系內。這個體系按照設計、生產、制造、試驗測發4個環節，設置了從院到部、所、廠的多種單位，其中“所”負責研發，“廠”負責生產組裝，最后管理火箭發射的發射場也是體制內的。

構建體制外供應商體系除了供應上的自主性，還能更好地把控進度。“如果是國營的軍工單位，你既不能去現場管理—你進不去—也不能跟他們要求進度，基本上沒招。”劉建說，和民營供應商合作就可以更好地管控進度。并且，藍箭學會了從汽車電子領域尋找供應商—SpaceX的發展過程也利用了大量的汽車產業供應鏈。

但這么做的風險是，民營企業過去基本沒有生產過航天相關零部件。根據劉建提供的數據，這類供應商早期的產品合格率只有30%。藍箭為此付出過不少代價—代價之一是火箭發射失敗，沒有比這更大的代價了。2018年，藍箭發射了朱雀一號火箭。這次發射并不成功，原因是火箭的一個自控發動機在飛行過程中出了問題，導致燃料耗盡。火箭是個復雜設備，元器件數量高達數十萬個，劉建稱，藍箭花了不少精力駐場盯產解決品控問題。目前，藍箭70%的供應商是民營公司。

按戴政的說法，2022年之前，國內商業航天公司仍在模仿火箭“國家隊”，但目前在“火箭的空中二次點火”等技術上，藍箭等商業航天公司已經走在了“國家隊”的前面。滑行指的是火箭主發動機關機后，火箭靠慣性向前飛行。從技術上來說，二級火箭只有在長時間滑行后再次點火，才能將衛星送入靜止軌道，該軌道上的航天器運行方向和速度與地球自轉一致，被認為最適合發射需要與地面相對靜止的衛星。

目前，藍箭已完成一級火箭的回收驗證和二級火箭的長滑行驗證，公司之后也會考慮二級火箭的回收，目前，全球只有SpaceX旗下的星艦在做這種嘗試。

從0到1之后

基石資本從2017年開始關注商業航天市場，作為藍箭航天的投資方，基石資本執行董事浦檳巖認為，國內商業航天“不管產品還是研發都已經邁過了從0到1的階段，進入了從1到10的商業化階段”。

藍箭給出的商業化步驟是，5年內主要服務國內的低軌互聯網建設需求，然后在10年后推出下一代火箭，相較于現有火箭，藍箭計劃讓下一代火箭的成本更低，能夠實現更高頻次的發射，甚至航班化運營。戴政認為，中國商業航天賽道最后可能最多只會留下兩家公司。“這是一個贏家通吃的生意，沒有差異化的市場可以打。”他說，誰能以更高頻次、更大運力、更低成本進入軌道，誰就能通吃，沒有別的指標。

藍箭的商業化節奏其實與SpaceX差不多。SpaceX成立于2002年，之后的二十多年里，它大部分時間都處于虧損狀態。作為投資方，浦檳巖稱他對藍箭航天的研發和產品進展“感到滿意”，但其商業化進展“不太符合預期”。

理論上，火箭可以被視為“一個高速公路，建成了之后，可以搭很多東西上去”，比如除了往太空發射衛星、旅客，火箭還可以用于洲際的點對點運輸和投放，也可以用于太空科研，“材料提純、藥物提純、晶體的生成其實在地面很難，但在太空這都不是事兒。”劉建說，曾經有國家院士向藍箭提議了“太空發電”，即將光伏運上天。用那位院士的說法，40萬平方公里光伏發的電就夠全球使用了。甚至，還有更開腦洞的創意是，當太空運力成本足夠低，就可以通過在空中投放發光材料來顯示廣告。不過現實是，目前整個商業化概念中最清晰的模式只有衛星。

從2024年8月開始，中國兩大低軌衛星星座組網計劃先后落地。8月，上海垣信衛星主導的“千帆星座”計劃首批18顆組網衛星順利入軌，正式拉開中國版“星鏈”建設的序幕；12月，“中國星網”的“國網（GW）星座”首次批量組網發射，以一箭十星方式成功將低軌01組衛星送入預定軌道。這兩大“星座”在發射初期主要使用的仍是“國家隊”的火箭。

重塑了上游供應鏈后，民營航天公司們還需要撬動下游的市場需求。這些市場需求一方面需要被創造，另一方面，也需要火箭公司們將發射成本降得更低。“其實我們和馬斯克相比差的不只是可回收，還包括整個火箭的生產能力。”劉建說。理論上，國內的勞動力優勢可以讓我們生產火箭的成本更低、效率更高，但事實并非如此。市場需求不清晰，使得供應鏈上的參與者并不敢規模性地投入。

趙論語對這個問題相對樂觀。“早期可能它（指美國）快一點，到后邊產業化階段，比拼制造能力的時候我們有條件更快一點。類似電動汽車，特斯拉作為先行者，后邊我們追的很快，已經建立了全球領先的競爭力。”他說。