SpaceX商用火箭怎样打开“新世界”?

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民营商用航天飞船首次载人飞行宣告成功

  5月30日,美国佛罗里达州卡纳维尔角,肯尼迪太空中心,商用民营火箭猎鹰9号从39A发射台成功將SpaceX龙飞船2号送上太空,两名资深的宇航员道格·赫利(Doug Hurley)和罗伯特·本肯(Robert Behnken)在19小时的太空旅程后顺利抵达国际空间站,开始进行为期1~4个月的空间站工作。在此期间,龙飞号会停泊在空间站并再次携带宇航员返回地球,将在通过大气层后张开降落伞,最后落回预定海域,接由船舶进行回收工作。此次发射标志着美国再次拥有了载人航天的自主权,也对航天事业的发展方向产生了不小的影响。

失去载人航天能力9年后,私营公司强力接盘


  载人航天并不稀奇,早在1961年苏联就发射了史上第一艘载人飞船“东方一号”,搭载的就是鼎鼎有名的加加林少校,那么为什么在近60年后的今天,全世界依然还对载人航天器的升空如此关注呢?这是因为在2011年7月21日亚特兰蒂斯号航天飞机宣告长达30年的航天飞机生涯落幕后,因为航天飞机计划终止,所以美国没有新的载人航天器接续,暂时失去了载人航天能力,只能依赖俄罗斯的联盟飞船运送宇航员。
  而在4年后的2015年5月,SpaceX,同时也是特斯拉创始人埃隆·马斯克在美国加州霍索恩的厂房内官宣了第二代龙飞船,也正式宣布SpaceX拿下了NASA订单,并且准备打造一台低成本、载人载货通用、可重复使用的新式航天器,这个思路在当时看来可谓疯狂,因为在人类航天史上,集齐这些要素的载人飞船几乎从未出现过,比如我国的航天器载人为神舟号,货运则为天舟号,两者并不通用,重复使用则更是有着各类航天飞机和N1火箭失败的前车之鉴,但SpaceX都做到了。
  不过在马斯克的执念之下,这一切依然有序上马,得益于每一年都有十多次火箭发射的成功经验,造价仅仅1亿美元,但通过27台发动机实现64吨近地轨道运力的重型猎鹰火箭于2018年的成功试射,为刚刚成功发射的载人航天计划夯实了基础。


大胆创新的背后是大幅削减非必要成本,进而提高发射效率

  简单来说,SpaceX方案就是在龙飞船2号周围配备8台发动机,且飞船自带可重复利用的逃逸系统,放弃了传统的每次发射就必须丢弃的逃逸塔设计。飞龙号航天器的设计目标是舱室内部加压载人空间9.3立方米,最多可搭载7名宇航员,而非加压货运仓也有12.1立方米,而且它的仪表操控台抛弃了传统的复杂型机械设计,改用了在特斯拉产品线上常用的大面积触控屏,甚至还重新设计了宇航员舱内服,秉承了马斯克的“硬核科幻”风格。

专注近地卫星,中国民营航天企业同样面临强力竞争


  在载人载货等大型航天器上,我国主要还是依赖国家单位,长征九号登月计划也正在逐步进行当中。民营商用航天器的发展方向主要还是集中在近地卫星方面,比如知名视频网站bilibili就计划定制、冠名一颗由长光卫星技术有限公司自主研发的多功能遥感卫星——“哔哩哔哩视频卫星”,届时将对卫星发射全过程进行直播。卫星拍摄的遥感视频、图片数据将用于科普视频,内容包含科技、人文、历史、地球、公益、教育等多个领域,并为B站用户定制拍摄任务。
  但是卫星的轨道、频段是一种有限的战略资源且有优劣之分,而因为缺乏相应的国际法规约束,所以卫星频段和轨道资源采用的是 “先占先得” 的抢占方式,而且低轨卫星是成千上万颗小卫星组成的网络,当部分卫星寿命结束或损坏时可以发射新的卫星将其替换,因此整个轨道只会被一家公司独占,所以后发射卫星的公司会十分被动。
  在中国,包括银河航天、长光卫星等国内卫星公司都有自己的发射规划,包括了遥感卫星星座和通信卫星星座,不少卫星星座计划也都在 3 位数以上。但计划归计划,谁能真正能够将卫星送上轨道才能占到先机,背后不仅要资本,更要巨头来牵引需求流量,而就在去年年底,腾讯宣布联合 Satellogic、箩筐技术以及航天科工海鹰集团推出 “WeEarth超级地球”计划,在未来数年内组建一个包括 300 颗卫星在内的对地观测网,为政府机构、科研院所、科技企业提供遥感服务。这种服务模式允许用户获得特定地理区域上空多颗卫星的使用权,这将使一部分难以自购或自产卫星的政企能以较低成本拥有属于自己的 “专属卫星” 服务,从而快速监测到农业、林业、海洋、国土、环保、气象等情况。


近地卫星轨道资源争夺战一触即发

  不过,近地卫星的世界级大玩家依然还是SpaceX,虽然在2018年才首发了2颗验证卫星,但2019年就进行了6次火箭发射,将包含360颗卫星的通信网络送上了轨道,并计划在2020 年发射总数超过700颗卫星,可以说即便在这一领域,我国民营企业也同样面临巨大的挑战。

国际管控手段需求迫切,航空事业进入新一轮加速期


  即使私营企业在太空商业中扮演的角色越发重要,但也迫切需要各国政府和国际组织提供基本规则和架构,毕竟外层空间的公共政策尚处于起步阶段,发展方式不能过于野蛮,比如近地轨道上的太空垃圾可能会对私有财产造成重大伤害,这个问题可能需要通过产权分配或征税来处理。而且,由于私人企业掌握低轨道卫星技术,带给NASA等国家单位的压力越来越大,如何实现权利均衡对所有国家都非常重要。
  值得注意的是,SpaceX龙飞船2号主要也还是近地轨道(国际空间站对地高度约402公里),未来再次登月所需的飞船仍需重新设计(月球近地点也有35.7万公里)。如果龙飞船2号载人飞船成功回收,这意味着私人公司研制的载人飞船可以运送宇航员执行空间站任务了,进而开创一条重要商业载人航天之路,今年早些时候马斯克就启动了私人空间站旅行项目,单人票价5500万美元,且已有人预订。对一个私人公司而言取得这样的成就是值得庆贺的,当然背后也有NASA全力支持的功劳。
  SpaceX商业化的成功和其在专业领域的创新思路也对国内商业航空产业起到了启发作用,比如中国民营火箭公司星际荣耀自主研发的“焦点一号”可重复使用液氧甲烷发动机,在5月27日就成功完成了二次启动长程500秒试车,这是全球首台具备二次启动能力的液氧甲烷发动机,而且作为15吨级可重复使用发动机,设计使用次数达到30次,可大幅减少火箭制造成本。

编辑观点


  当前全球太空商业化正处于关键时刻,预估到2030年全球航天工业的产值将达到6000亿美元,尤其给政府和民营企业参与者创造不少机会。而SpaceX制造可重复使用的运载火箭以降低太空发展的成本,使其相较其他竞争业者更具成本优势,也会对其他国家或私营公司的创新方向起到指导作用,可以说是意义重大。
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