民營火箭的目標同樣是星辰大海。
文｜張麟封面來源｜IC photo
2022年4月24日，我國迎來了第七個中國航天日，這個為了紀念中國航天事業成就，發揚中國航天精神而設立的紀念日承載着國人的航天情懷。
自從1970年4月24日我國首顆人造衞星“東方紅一號”成功發射後，在此後的五十多年裏我國進行了數百次航天發射，近2021年一年我國就完成55次航天發射，位居世界第一。而“長征”、“神舟”這些運載火箭、航天飛船的名字，即使是普通民眾也能脱口而出，足以看到我國航天實力的強大。
長征五號運載火箭發射
而除了以航天科技集團和航天科工集團為代表隊國家隊，我國民營火箭公司也在近幾年快速成長，並取得了“連續成功”、“一箭多星”等矚目成績。那麼現階段我們中國的民營火箭企業實力究竟如何？又有哪些值得我們關注的企業和技術？
火箭公司的湧現
中國民營火箭市場爆發於2015年，此前絕大多數人認為航天領域、火箭發射等都屬於國家行為。這種認知主要來自兩方面，一是衞星、火箭甚至載人航天等行為對技術實力要求非常高，即使放眼全世界，能夠完全自主掌握航天技術並取得相應成果的國家也屈指可數。另一方面，航天行為尤其是火箭發射的成本是非常高的，一旦發射失敗幾億元的資金可能就打了水漂，這種風險也不是一般的民營企業可以承受的。但隨着市場的發展，尤其是SpaceX證明了通過技術手段可以大幅降低火箭發射成本後，直接催生了更加多元的航天需求和商業模式。這種航天技術和大眾生活連接的趨勢也使得我國開始推動商業航天事業的發展。2014年11月國務院60號文的發佈，文中明確提出：“鼓勵民間資本研製、發射和運營商業遙感衞星，提供市場化、專業化服務。”自此政策、資本、市場等都對民營火箭公司進行支持，我國民營火箭公司也開始湧現。藍箭航天藍箭航天成立於2015年，是國內最早成立的民營航天企業之一，也是首個嘗試入軌發射的公司。2018年10月，藍箭航天在酒泉發射了朱雀一號小型固體運載火箭，但遺憾火箭在最後飛行階段出現異常，沒有將衞星送入預定軌道。目前藍箭航天主打產品是朱雀二號中型液氧甲烷運載火箭，可將重達6噸的載荷送入近地軌道。發動機方面，藍箭航天擁有“天鵲TQ-11”10噸級液氧甲烷發動機和“天鵲TQ-12”80噸級液氧甲烷發動機，其中“天鵲TQ-11”發動機在去年完成了新一輪點火測試，單台試車時長突破萬秒大關。2020年09月，藍箭航天完成了12億元人民幣C+輪融資，至此藍箭航天累計融資金額近26億元，在國內民營航天企業中排名首位。星際榮耀星際榮耀成立於2016年，同樣是我國第一梯隊的民營火箭企業。2019年7月25日星際榮耀的雙曲線一號“遙一長安歐尚號”運載火箭在中國酒泉衞星發射中心成功發射，按飛行時序將多顆衞星及有效載荷精確送入預定300公里圓軌道。這是我國首玫成功發射並將有效載荷送入預定軌道的民營火箭。發動機發麪，星際榮耀主要有“焦點一號”和“焦點二號（在研）”液氧甲烷發動機，目前星際榮耀主攻方向是搭載“焦點一號”的可重複使用小型液氧甲烷運載火箭雙曲線二號，這款火箭的低軌運載能力為1.9噸。2019年12月25日，星際榮耀焦點一號可重複使用液氧甲烷發動機500秒全系統長程試車成功。2020年8月，星際榮耀完成了由北京金融街資本運營中心領投的近12億元人民幣的B輪融資，創下了當時國內商業航天領域單輪融資的最高紀錄。星河動力星河動力成立於2018年，其火箭產品包括“穀神星”系列小型固體運載火箭，以及“智神星”系列中型重複使用液體運載火箭。2020年11月，星河動力成功發射穀神星一號小型固體運載火箭。2021年12月7日，星河動力航天於酒泉衞星發射中心成功發射穀神星一號（遙二）·平安銀行數字口袋號運載火箭，順利將五顆商業衞星精確送入500km太陽同步軌道。本次發射實現了國內民營火箭的首次連續成功和首次一箭多星商業發射的突破。
星河動力穀神星一號（遙二）·平安銀行數字口袋號運載火箭（來源：星河動力官網）
發動機方面，目前星河動力的主要在研產品是“蒼穹”系列液氧煤油發動機，將適配於“智神星”系列火箭，從公開資料看，“智神星”一號火箭的低軌運載能力5噸，火箭計劃於2023年首飛。2021年7月至12月，星河動力完成總額12.7億元B及B+輪融資。深藍航天深藍航天成立於2017年，聚焦在液體回收複用運載火箭方向。深藍航天總部位於江蘇省南通市，是目前國內唯一一家完成百米級液體運載火箭回收試驗的民營火箭公司。2021年7月，深藍航天完成了首次垂直起飛和垂直降落（VTVL）自由飛行，即被稱之為“蚱蜢跳”的運載火箭垂直回收飛行試驗。2021年10月13日，深藍航天再次成功完成百米級VTVL垂直回收試驗，並將按計劃執行“星雲-M”試驗箭的公里級高空垂直起降回收飛行試驗。
深藍航天百米級火箭回收試驗
發動機方面，深藍航天又有5噸級液氧煤油發動機“雷霆-5”以及20噸級液氧煤油發動機“雷霆-20”，此前兩次火箭垂直回收飛行試驗均搭載了“雷霆-5”發動機，“雷霆-20”發動機也將按計劃完成試車。2022年4月18日，深藍航天宣佈完成A+輪融資，由民銀國際控股集團有限公司領投，本輪融資距上一輪融資僅過去了3個月。九州雲箭九州雲箭成立於2017年，產品同樣聚焦在液體火箭發動機。其發動機主要有兩款：LY-10“凌雲”10噸級液氧甲烷發動機，以及LY-70“龍雲”80噸級液氧甲烷發動機。2021年3月，九州雲箭成功完成了LY-70“龍雲”80噸級液氧甲烷發動機的半系統試車考核。今年年初，九州雲箭完成了新一輪逾億元融資，投資方包括新投華瀛、普豐創投，老股東雲和資本、中關村啓航投資繼續追加投資。據悉，融資資金將用於加速公司液氧甲烷重複使用動力技術驗證和產品迭代、公司綜合集成能力建設。天兵科技天兵科技成立於2015年，致力於自主研製下一代常温綠色液體推進劑及極簡式宇航推進系統。天兵科技主要研發一種名為HCP的火箭燃料和相關發動機，通過天兵科技的專利等資料顯示，這種燃料應該就是氧化亞氮基預混燃料。與此同時，天兵科技也研發了液氧煤油火箭發動機。2021年，天兵科技30噸級推力HCP火箭發動機“天火3號”以及30噸級液氧煤油發動機“天火-11”號成功完成多次全系統熱試車。2022年2月天兵科技宣佈完成B輪重大戰略融資，本輪融資由中金資本領投，建銀國際、中信建投投資、鴻富資產、通泰資本、東吳創投跟投，老股東張家港生態科技城、君度投資等追加投資。據悉該項資金將用於液氧煤油運載火箭首飛及後續批產備料。東方空間東方空間於2020年成立，自成立以來保持着高速發展。2021年初，東方空間完成引力-1號固體捆綁式中型運載火箭論證，並於2021年11月-12月通過分系統和總體方案轉初樣階段評審，正式轉入初樣研製階段。這是中國商業航天公司第一款在研的捆綁式火箭。今年1月，東方空間宣佈完成近3億元人民幣Pre-A輪融資，由和玉資本領投，雲九資本、奇績創壇、險峯長青、惠隆創投、鼎和高達、易合資本等跟投。截至目前，東方空間累計獲得近7億元人民幣融資。此前，聯想之星曾參與東方空間天使輪系列融資。火箭派火箭派成立於2020年12月，由北京達爾文細胞生物科技有限公司董事長程巍創立，聯合創始人莊逢源是國際宇航科學院院士。火箭派研發中心位於北京，總裝和製造基地位於浙江湖州。據火箭派介紹，公司是以發展“地月空間經濟”為基礎，以深空探索為未來導向的新型商業航天公司。2021年3月，火箭派發布首型液體運載火箭“達爾文一號”相關技術指標：全箭長24.1米，直徑2.25米，起飛質量42.52噸，起飛推力500kN。預計該火箭將一級採用5台10噸液氧甲烷發動機，二級採用首台10噸級的真空板液氧甲烷發動機。融資方面，2021年12月，火箭派完成數千萬元天使加輪融資，本輪融資由海南千億基金領投。
技術成長SpaceX已經證明，液體燃料火箭發動機是火箭可複用技術的關鍵，也是目前降低火箭發射成本的最有效途徑。文中列舉的我國民營火箭公司無論目前擁有或成功發射的火箭是否為液體燃料火箭，各家都在積極研發液體燃料發動機。從根本上説，由液體燃料發動機引起的火箭發射成本降低，是火箭公司承接大量商業航天訂單乃至政府航天訂單的基礎。同時，這也會催生新的航天格局和空天資源分配，如果沒有廉價的火箭、超低的運力成本，衞星通信網絡、太空生物製藥、太空育種等新的太空經濟產業就無法部署。但液體燃料火箭發動機研發技術難度大也是不爭的事實，例如在燃料選擇上，液氧煤油和液氧甲烷的技術路徑就不盡相同，各有利弊。液氧煤油發動機比衝只比液氧甲烷發動機略低，同時發動機性價比較高，研製技術也相對成熟。星河動力、深藍航天等已經取得優異成績的民營火箭公司都在研發液氧煤油發動機和相應火箭。例如今年3月，星河動力的“蒼穹”50噸級可重複使用液氧煤油發動機全系統試車取得成功，試車過程中，“蒼穹”發動機按預定程序起動，點火、起動和轉級正常，各組件工作正常，燃燒穩定，噴管出口火焰明亮，主要參數與調整計算值一致，按程序關機，試後產品完整。深藍航天的5噸級液氧煤油發動機“雷霆-5”更是支撐了“星雲-M”試驗火箭的多次“蚱蜢跳”飛行回收試驗，試車試驗更是不計其數。相比之下液氧甲烷發動機則需要更多試驗準備和工程驗證。但液氧甲烷發動機燃燒不易產生結焦、甲烷製備簡單、太空資源充沛等優勢也使得包括SpaceX在內多家民營火箭公司青睞，SpaceX的獵鷹發動機甚至被稱為“未來發動機”。我國民營火箭公司中，藍箭航天和星際榮耀是研發液氧甲烷發動機的主力。藍箭航天的80噸級液氧甲烷火箭發動機“天鵲TQ-12”地面型發動機海平面推力達到了67噸，真空型的發動機真空推力則達到了80噸。這也使其成為了世界上第三款大推力的液氧甲烷發動機。除了燃料選擇，在發動機關鍵零部件和整體結構上，我國民營火箭公司也取得了相當大的技術突破。例如在發動機燃料噴注方面，針栓噴注技術已經被藍箭航天、星河動力、深藍航天等多家公司掌握。這種噴注技術的的優勢在於霧化性能好，燃燒效率高且燃燒穩定，能夠實現大幅度的推力調節，可以節流到最大推力的5%~10%. 而且結構簡單。但針栓噴注器的設計需要考慮到推進劑性質、混合比、燃燒室壁面冷卻需要的流量及加工製造可行性，設計難度很大。公開資料顯示，藍箭航天在2020年就完成了液氧甲烷針栓式噴注器的熱車驗證，星河動力的“蒼穹”發動機，深藍航天的“雷霆-5”也懂採用了針栓噴注技術。而在材料、火箭控制、發動機3D打印等等技術領域，我國民銀火箭公司也都擁有了很大進展，尤其是3D打印方面，其降低成本、降低火箭發動機結構複雜程度等優勢已經開始被多家公司重視並應用。誠然，我們的民營火箭公司從技術上相較於SpaceX還有一定的距離，但從宏觀的角度看，我國無論是從政策上還是市場上都給予了民營火箭公司巨大的推動力。我國已經於2020年4月將衞星互聯網納入“新基建”，並提出了多個低軌星座計劃，有人預計未來7、8年，我國需要送入軌道的增量衞星將要超過1萬顆。而市場方面，目前我國火箭運力緊缺，“星多箭少”的情況已經出現了較長一段時間，加上我國商業衞星發展需求，未來需求會進一步擴大。而這對於民營火箭公司來説是大好的時代機遇。無論民營火箭還是商業衞星，我國都在快速發展，資本、社會對民營航天的態度也從最開始的質疑、不理解，到現在的充滿期待。我們的商業航天產業也必然在各方努力下進入新的階段，甚至探索出一條屬於我國的商業航天道路。
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