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掉在河南的火箭与Space X之间不得不说的故事

发布日期:2024-07-11 16:01    点击次数:207

掉在河南的火箭与Space X之间不得不说的故事

作者 | 荣智慧

编辑 | 向由

6月30日,多名河南巩义市民发布视频,一枚火箭起飞不久后坠落起火。

当晚,天兵科技通报,天龙三号液体运载火箭“热试车”出现事故,导致火箭意外升空并解体。当地政府通报,现场未有人员伤亡。

围绕此次严重事故的疑问有三点:火箭因何坠毁,火箭为何会在人烟稠密区发射,中国商业航天是否靠谱。

同一时间,埃隆·马斯克的Space X高歌猛进,今年继续打破猎鹰火箭发射记录,迄今共完成67次任务。欧盟甚至为它放弃自家火箭阿丽亚娜6号来发射气象卫星。

由于天龙三号对标的就是Space X的猎鹰9号,更为此次事故蒙上一层“货比货”的阴影。

确实,事故的深层原因,恰与Space X搅动的航天局势有关。

试车台“短斤少两”

天龙三号事故,据天兵科技发布的“情况说明”,是在“热试车试验”中,“因箭体与试验台连接处结构失效”所致。

通俗理解就是,火箭静态点火测试时,试车台出了问题,导致火箭没固定住,一点火就窜起来了。

天龙三号事故画面

首先,“热试车”地点可以布局在城市附近。热试车即静态点火测试:将火箭固定在试车台上,来测试完整的燃料输送和点火过程。“试飞”之前,“试车”可以验证火箭整体系统的可靠性。

试车风险相对可控,因为火箭不升空。就算出了问题,顶多炸毁发射台周围区域。因此试车台可以放在城市周围,不必一定跑到荒漠无人区去。

像浙江湖州、安徽蚌埠、广东从化、山东新泰均有商业航天公司的试车台,这也是各地“招商引资”的一种“安置”方式。

试车台一般分成两种,发动机试车平台和整箭动力系统试车平台。前者相对好做,只需要一两百吨的拉力;后者难很多,要能承载800吨以上的拉力。中国有整箭动力系统试车平台的商业航天公司就两家:蓝箭与天兵。

天龙3号一子级试验箭上架后

其次,热试车不是试飞。

对于“国家队”而言,比如美国国家航空与航天局(NASA)和中国航天局也常做“热试车”,但不是每发射一次火箭都做,毕竟会增加成本。

国家级别的试车台,规模更大,甚至“加盖”——有一个包围性的“房子”,配合周围的拦截装置。就算连接结构失效,“房子”也能保证火箭不飞出去、造成外部风险。不过这一套装置动辄2至3亿元人民币,民营企业“玩不起”。

自马斯克的Space X起,整箭动力系统试车成为常态。因为猎鹰火箭大搞“降本增效”,成本降得多了,效果可能打折扣。提前热试车,能在地面上充分暴露问题,好修好改,看似增加成本,实际还是划算。

中国商业火箭也延续了这一“常态”。而且天龙三号是对标猎鹰9号的大火箭,直径3.8米,起飞质量590吨,起飞推力820吨,理应进行热试车。但绝不应该是“试飞”。

第三,试车台承载力不够,拦截装置也“短斤少两”。

据天兵科技公开的资料,天龙三号9台100吨的“天火-12”发动机一齐点火,也叫“九机互联”,产生的推力高达820吨。

2023年2月天兵科技的专利文件《一种运载火箭动力系统试车用支撑结构》显示,此项专利将原本一体的试车支撑结构改为分体式结构,且在一个重要位置用螺栓连接替代焊接连接。

专利说明书指出,该支撑结构的极限承载力为600吨。这一数据的参考系是,亚洲最大的陕西铜川试车台承载力为700吨,新一代长征十二火箭的试车台是500吨。

系统试车用支撑结构专利申请附图

如果本次事故的试车台根据此项专利制造,其承载力可能存在较大不足。

而且,除了用螺栓固定火箭之外,试车台还应用钢索拴连火箭、外加额外配重,确保阻力超过火箭发动机的最大输出。

从官方发布的现场图来看,天龙三号只有螺栓固定,看不到任何外部配重和牵连钢索。

要注意的是,热试车一般不会把火箭燃料加满,不满的情况下,燃料位置不均匀,加上9台发动机共振,实时推力可能更大、更不平衡,本身承载力不足的试车台就更“捆不住”火箭了。

当然,本次事件中的具体细节及事故原因,仍需等待专业的调查结果。

天兵本是排头兵

万幸,此次事故没有人员伤亡。

但没有人员伤亡,不代表事故不严重。

诚然,天龙三号的发动机输出分布非常均匀。火箭基本上垂直起飞,计算机主动关机,火箭落在距离试车台1.5公里的深山中,剩余燃料煤油与液氧爆炸起火,箭体解体——没有额外的飞行控制调整,也没有对周围地区造成过大的破坏。

如果窜出去的火箭飞行轨迹失控,就有可能坠毁在人群密集的城市,造成严重的人员伤亡。

两天后的7月2日下午,天兵科技在微博上发布致歉信,向巩义市居民、全体同行和广大社会公众“致以最诚挚的歉意”,并承诺对事故的损失作出及时赔偿。

天兵科技是中国民营商业航天公司“排头兵”之一,成立于2019年4月,主打液氧煤油火箭。曾于酒泉成功发射火箭,目前承担中国三分之一左右的商业卫星发射订单。

天兵科技是中国民营商业航天公司“排头兵”之一

中国民营企业“造火箭”,历史很短,背后依然有国家队的影子。

天兵科技创始人、董事长康永来,曾任中国运载火箭技术研究院运载火箭总体研究室主任、型号副总师、总工,主持过东风-17高超音速导弹、长征十一号运载火箭的总体论证设计工作,从事运载火箭技术研发与项目管理工作近20年。

公司核心团队多数来自于中国航天科技、中国航天科工等国家航天集团。

天兵科技创始人、董事长康永来

2014年11月,国务院发文提出,“鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设……引导民营资本参与卫星导航地面系统建设”,这才打开民营企业进入航天领域的大门。

2015年发布的《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025)》,明确支持商业卫星产业发展。

4年后,天兵科技起步。康永来曾表示,商业火箭本质上就是运输工具,核心就是把火箭做的规模大一点,通过工业化手段降低成本,做到大批量、低成本、高可靠。这一想法,是2002年马斯克创立Space X的翻版。

2023年4月,天龙二号遥一运载火箭发射成功,把“爱科学太空号”遥感卫星送入预定轨道,创造了全球民营航天首家液体运载火箭首次成功入轨、入轨精度领先等8项新纪录。

天龙二号

这一年,天兵科技获评“中国独角兽”企业。2024年初登上胡润研究院“2024全球独角兽”中国商业航天榜首。

此次测试的天龙三号,运载能力是天龙二号的8倍,是为中国卫星互联网星座量身定制的大型液体运载火箭。此前,可以回收复用的“天火-12”已经成功完成数十台次交付试车。

如果6月30日的热试车成功,天龙三号即将出现在海南文昌发射基地。

然而,自始至终没有人提出疑问——天龙三号热试车,作为中国现阶段运载火箭推力最大的一次动力系统试车,推力高达820吨,即使火箭自重可以抵消一定的推力,但是,到底多大承载力、配备何种保护装置的试车台能“拉住”天龙三号。

和马斯克竞赛

十几年来,中国航天是全球当之无愧的“卷王”,直到和马斯克的Space X打了遭遇战。

2009年到2018年,中国航天发射次数全球占比从7.69%升至34.21%,2018年全球第一。

此后,Space X夺下了第一宝座。

图源:Space X

2023年,看发射次数,中国航天67次,是迄今发射次数最多的一年,占比33%;美国发射116次,其中Space X发射98次,占比44%。看发射质量,Space X共发射1195吨的载荷,占全球80%。

据业内人士介绍,在可复用这样的核心关键技术领域,中国与SpaceX仍有差距。

本来,中国火箭是物美价廉的典型。发射一公斤载荷,中国“长三乙”报价6400美元,俄罗斯“质子”和“安加拉河”6000至7000美元,美国德尔塔12800美元。

商业航天时代,Space X重型猎鹰的单位报价是2000美元。看发展势头,还有望把价格打到2000美元/公斤以下。

不同版本的猎鹰9号火箭,以及猎鹰重型火箭(最右)

中国航天业直面差距,推动商业航天、民营火箭公司发展。按马斯克的思路,和马斯克决一死战。

其实,中国新能源汽车也是这个模式。如今走到东南亚,一提到“迪王”比亚迪的价格战,当地人纷纷表示“害怕”,泰国的几家日系车厂都卷铺盖不干了。

马斯克的思路就是“降本增效”。6400美元/公斤已经锱铢必较了,马斯克靠什么才能降到2000美元/公斤?

核心就是去冗余。

冗余的问题,换成“清晰度”就很好解释。为了节省储存空间、提高传输速度,一些社交媒体、通讯工具都先采用“压缩格式”传输图片和视频,用户有需要时也可以发送“原图”。

实际上,不发“原图”基本不影响社交沟通。越糊的表情包反而越有“赛博包浆”的感觉呢。

造火箭也是类似的道理。只要不影响发射,精度、温度、压力、抗干扰能力都可以不那么精准——冗余就去掉了。

在传统航天体系里,这个问题不可能有商量的余地。

空间站、登月等项目极其考验精准度,确实要“万无一失”;相对而言,火箭发射有一定的容错空间。每一年Space X发射失败的新闻都得挂出来几次,人们早已习惯。

火箭着陆姿态失衡,最终发生爆炸

商业航天按马斯克的思路发展,主打降本两板斧:一,把大量的配套机构、人员、设备、设计、维护等环节、部门统统精简、削减、合并、裁撤;二,注重部件通用化,批量化。像重型猎鹰,其实就是猎鹰9号乘以3。

当然,大力降本不代表可以短斤少两。安全红线是不能逾越的。

和同为“新质生产力”代表、战略性新兴产业的低空经济相比,近期商业航天的表现“低调”了很多。此次天龙三号试车失败,一定程度上也打击了士气。

其实,强调事故原因和责任,不代表强调失败。

正如马斯克所言,“没有失败就没有创新。如果你没有经历失败,说明你还不够创新”。

文中配图部分来源于视觉中国,部分来源于网络