3月15日,星艦第三次發(fā)射,這次最難的一級工作正常,并且與二級順利分離,二級也正常運轉(zhuǎn)。盡管最后星艦二級沒有成功回收,但已經(jīng)創(chuàng)造歷史。這意味著星艦確實已經(jīng)具備將超過150噸載荷一次性送入近地軌道的能力。這是人類造出的運力最大的火箭,并且在未來10年內(nèi)仍然看不到被超越的希望。
對比我國,運力最強的長征五號運載火箭近地軌道運力僅25噸,不足星艦五分之一,差距被進一步拉大。于是,又有人出來唱衰中國航天。
那么,初創(chuàng)公司Space X為何發(fā)展如此迅猛?
其實原因很簡單。因為Space X得到技術(shù)實力超群的NASA扶持。
二戰(zhàn)結(jié)束以來,美國幾乎把所有類型的火箭發(fā)動機都做到極致。想要在工作原理上有更大突破幾乎是不可能了。與此同時,美國NASA也意識到它主導(dǎo)研制的高性能火箭發(fā)動機成本十分高昂。既然在原理上做文章沒什么希望,那就在成本上做文章。于是NASA開始扶持民營企業(yè)參與航天事業(yè)。民營企業(yè)發(fā)展航天事業(yè)最主要目的還是為了盈利,那么只要給予足夠技術(shù)、人才支持,民營企業(yè)就可以把火箭發(fā)動機成本和性能優(yōu)化到極致,以便最大限度獲利。實際上Space X首款運載火箭采用的梅林1A火箭發(fā)動機的前身就是由NASA提供的。最后在Space X的快速迭代改進下才蛻變成同級別最強開式循環(huán)火箭發(fā)動機梅林1D+。
即便是Space X現(xiàn)在的最強火箭發(fā)動機“猛禽”全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機也和NASA密切相關(guān)。實際上,這款高性能全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機前身是NASA為“獵戶座”飛船研制的火箭發(fā)動機。后來為加快項目進度,該發(fā)動機被換成其他方案,但這款發(fā)動機卻被賣給了Space X。
簡而言之,Space X現(xiàn)在之所以這么牛逼,實際上是因為它背靠技術(shù)儲備雄厚的NASA和擁有先進工業(yè)的美國。
然而,千萬不要因此輕視中國航天,因為我國決策部門也絕非泛泛之輩。
改革開放以來,我國長年高速發(fā)展,從人民吃不飽狀態(tài)發(fā)展到如今已是工業(yè)門類最齊全的國家。主要工業(yè)品產(chǎn)量世界第一,大量中低端產(chǎn)業(yè)被我國壟斷,越來越多高端產(chǎn)業(yè)正在被我國拿下。如今,在某些國家眼里,我國是比前蘇聯(lián)還要恐怖的存在。
短短幾十年取得如此輝煌的成就說明我國的高層決策者一點都不簡單。
看到Space X走通可重復(fù)使用火箭技術(shù)路線之后,不止普通民眾高度關(guān)注,擔心我國被大幅度拉開技術(shù)差距,我國高層決策者也同樣高度關(guān)注。
星艦三次發(fā)射,我國的航天部門都第一時間出專業(yè)分析報告,分析星艦的技術(shù)成果和不足,以及Space X的發(fā)展模式,從中吸取經(jīng)驗教訓(xùn),為我所用。
通過分析,我國航天部門認識到,航天科技集團與Space X在迭代改進效率方面存在巨大差距。這實際上這是國有企業(yè)、單位的通病。美國的國有單位NASA同樣存在效率低下的問題。
然而國有企業(yè)、單位也并非一無是處。
由于不需要考慮盈利問題,即便是入不敷出的項目,只要國家需要,高層一聲令下,國有企業(yè)、單位也會不計成本推進。那么,由國有企業(yè)開展短期內(nèi)難以回收成本的基礎(chǔ)研發(fā)就再合適不過了。
我國航天產(chǎn)業(yè)與美國同行的主要差距還不是技術(shù)成果,而是發(fā)展模式。中國航天科技集團已經(jīng)公開承認,自己對比Space X存在大而不強的問題。
客觀來講,私企為了追求利潤,會更加注重效率和效益,但也會導(dǎo)致不重視基礎(chǔ)研究的毛病。
稍微認真觀察就會發(fā)現(xiàn),國企和私企正好優(yōu)缺點互補。如果能夠?qū)烧呓Y(jié)合,我國的很多行業(yè)將再次迎來飛躍式發(fā)展。
美國的可重復(fù)使用火箭之所以能夠在這么短時間內(nèi)發(fā)展起來并遙遙領(lǐng)先,靠的正是國有單位+私企合作的發(fā)展模式。
NASA在長期發(fā)展過程中積累了大量技術(shù)成果,還建立了大量配套航天產(chǎn)業(yè)。Space X同樣是背靠技術(shù)儲備雄厚的NASA,才能在短時間內(nèi)發(fā)展起來。
借鑒美國的成功發(fā)展經(jīng)驗,我國的航天決策部門也做了重大部署。
作為決策者,我國航天決策部門想的是不是如何快速趕超任何一款最先進型號,而是全局統(tǒng)籌,考慮如何快速縮小和美國的整體技術(shù)差距,如何更加高效地發(fā)展航天產(chǎn)業(yè),如何在不遠的將來爭取反超美國。
可重復(fù)使用火箭實用以后,如何降低進入太空的成本便迅速成了航天產(chǎn)業(yè)主要發(fā)展方向。目前除了可重復(fù)使用火箭之外,理論上空天飛機入軌成本的潛力比可重復(fù)使用火箭還要大,但由于仍有大量技術(shù)難題有待攻克,目前仍無法確定空天飛機這條技術(shù)路線何時能夠走通。
那么,我國航天決策部門又是怎么做的呢?重點發(fā)展可重復(fù)使用火箭還是重點發(fā)展空天飛機呢?
小國才做選擇題,大全都要!我國發(fā)展航天事業(yè)的總體思路是補空白、強基礎(chǔ)、探新路并重。
一是啟動八年九機計劃,由國有航天企業(yè)負責,以達到快速補全火箭發(fā)動機種類的目的。
2022年10月1日,中國航天科技集團六院的微信視頻號發(fā)布了一個名為《院魂誕生的地方》的視頻,透露了“八年九機”液體火箭發(fā)動機發(fā)展計劃。
其中八年是指2021年至2028年。九機是指:1、200噸級全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機YF215;2、500噸級高壓補燃液氧煤油火箭發(fā)動機YF130;3、220噸/120噸級高壓補燃氫氧火箭發(fā)動機YF90/YF91;4、360噸級高壓補燃液氧煤油發(fā)動機YF135;5、100噸級補燃循環(huán)常溫燃料火箭發(fā)動機YF30;6、85噸燃氣發(fā)生器循環(huán)液氧煤油發(fā)動機YF102;7、80噸級液氧甲烷發(fā)動機YF209;8、8噸級補燃循環(huán)常溫燃料火箭發(fā)動機YF58;9、25噸膨脹循環(huán)氫氧火箭發(fā)動機YF79。
這9臺火箭發(fā)動機幾乎都是所在細分領(lǐng)域的佼佼者,如果能夠造出可靠耐用的樣機,屆時我國航天部門的技術(shù)儲備將有望迅速追平美國同行的水平。
火箭性能主要取決于發(fā)動機,把發(fā)動機造好了,火箭就差不了。采用不銹鋼殼體的星艦技術(shù)指標之所以如此驚人,根本原因在于它采用的猛禽全流量液氧甲烷火箭發(fā)動機具有單位面積推力高、比沖、推重比領(lǐng)先高壓補燃液氧煤油火箭發(fā)動機的獨特優(yōu)勢。作為初創(chuàng)公司的Space X之所以能夠如此迅速研制出這么好的發(fā)動機主要是背靠技術(shù)儲備十分雄厚的NASA。如果沒有NASA的人才、技術(shù)、設(shè)備支持,Space X可能連全套研發(fā)、測試設(shè)備都還沒搞定就破產(chǎn)了。
通過“八年九機”計劃,我國就能迅速補上技術(shù)儲備不足的短板,研制過程中必然會攻克大量技術(shù)難題,建立、完善火箭發(fā)動機配套產(chǎn)業(yè)。以后不論是國有航天企業(yè)、單位還是民營航天企業(yè),都能背靠技術(shù)儲備雄厚的中國航天部門蓬勃發(fā)展。想要造什么樣的火箭,通過中國航天部門積累的技術(shù)儲備,就能迅速研發(fā)出滿足要求的全新火箭發(fā)動機。
二是扶持大量民營企業(yè)發(fā)展航天產(chǎn)業(yè),同時推進所有技術(shù)路線,目標不僅僅只是追趕Space X。
2015年12月22日,Space X的獵鷹9運載火箭首次成功回收一級,標志著Space X成功走通了可重復(fù)使用火箭技術(shù)路線,初步達成大幅度降低航天發(fā)射成本的目標。
然而你可能想不到,我國早在Space X可重復(fù)使用火箭達成目標之前一年就已經(jīng)開始行動了。2014年11月,我國出臺首個支持商業(yè)航天發(fā)展的政策。這說明,我國很早就意識到Space X的可重復(fù)使用火箭技術(shù)路線一旦走通,將給世界帶來深遠影響,于是早早開始研究如何扶持民營企業(yè)參與航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
目前回過頭來看,我國的商業(yè)航天已初步呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢。目前已有的火箭發(fā)動機種類都有私營企業(yè)在發(fā)展,發(fā)動機試車、測試更是直接借用國有企業(yè)、單位的設(shè)備,甚至直接引進技術(shù)。
此外,還有私營企業(yè)在發(fā)展新原理火箭發(fā)動機,比較有名的是剛剛成功試車的“紅龍一號”混合循環(huán)液氧煤油火箭發(fā)動機,具有制造成本低、綜合性能領(lǐng)先的優(yōu)勢。
從目前的發(fā)展態(tài)勢來看,這些民營航天企業(yè)與美國Space X公司一樣,同樣展現(xiàn)出遠高于國有航天企業(yè)迭代改進效率的優(yōu)勢。按照Space X的發(fā)展軌跡來看,未來10年,我國的民營航天企業(yè)必將誕生至少一家中國版Space X公司!
三是由國有企業(yè)、單位負責具有前瞻性的空天飛機技術(shù)路線推進。
空天飛機是前瞻性航天技術(shù)路線,沒有國家成功研制出采用新概念發(fā)動機的空天飛機,技術(shù)難度特別大。對于私企來說,這種短期內(nèi)無法盈利甚至連是否能夠研制成功都不確定的項目是非常不適合投入的。因為絕大多數(shù)私企無法承受長期入不敷出。那么發(fā)展前瞻性項目的任務(wù)就只能由國有企業(yè)或單位來承擔。
早在2017年的全球航天探索大會上,中國航天科工集團展示“騰云工程”,其主要目標是:在2030年之前,設(shè)計并制造完成中國首架可水平起飛、水平著陸并且可以多次重復(fù)使用的空天往返飛行器。目前我國的航天科工集團和航天科技集團都有自己的空天飛機方案正在推進,并且已經(jīng)取得階段性成果。從公開的消息來看,我國的空天飛機技術(shù)進展已經(jīng)遙遙領(lǐng)先世界。
綜上所述,在看到Space X取得的輝煌成果時,一方面我們要正視差距,另一方面我們也不必驚慌,誰笑到最后還不一定呢。我們要看到,我國航天決策部門也不是毫無作為,而是早已做好宏偉規(guī)劃,目前也已看到初步成效。只要穩(wěn)扎穩(wěn)打,相信過不了多久,我國航天產(chǎn)業(yè)也能取得輝煌成果,甚至有望率先研制出具有劃時代意義的空天飛機。
最后要強調(diào)一點,美國的X37B和我國的神龍軌道器一樣,都屬于兩級組合空天飛機的上面級,目前只能借助運載火箭發(fā)射入軌。真正的空天飛機要么是兩級組合體,要么是能夠單級入軌,自由穿梭太空、大氣層的可重復(fù)使用水平起降飛行器。只有這樣才能擺脫對發(fā)射塔的依賴,更加靈活地部署在很多地方,并具備航班化可能性。
中國航天科技集團分析文章鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s/aStdRcE9Sb6K7ja96GduUg
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