中国民营火箭首次回收之后:对话朱雀三号副总设计师
8 月 19 日早上 7 点 35 分,二十五层楼高、六百多吨重的朱雀三号火箭再次摆脱地心引力,飞入近地轨道。
两分多钟后,助推器和携带一颗卫星的二级火箭成功分离。发射不到十分钟,助推器经过两次反推减速,缓慢落在距离发射场 390 公里外甘肃民勤县的回收场。
朱雀三号成为中国航天史上继长征十二乙后第二枚成功入轨并回收一级助推器的可复用火箭。它的制造商蓝箭航天成为中国首家成功回收火箭的民营企业——中国 商业航天 11 年的投入与等待终于有了回应。
这枚火箭的尺寸与 SpaceX 目前的主力猎鹰 9 号相当,整体技术路线与星舰类似,用不锈钢箭体和液氧甲烷发动机,这让它有可能实现比猎鹰 9 更低的发射成本。
朱雀三号采用了稍微牺牲运载能力的支腿落地回收方式,这能让它们在更短时间内修整然后再次发射,因为工程师只需要维护火箭,无需修整地面回收装置。
商业航天 是当下最热门的科技赛道之一。目前中国有超过 20 家火箭公司和 80 多款火箭。
蓝箭航天 2015 年 6 月成立时, SpaceX 的猎鹰 9 号尚未成功回收复用,而中国航天业则刚向社会资本开放。一位投资人说,整个行业 “除了机会,什么都没有。”
现在蓝箭有超过 1200 名员工,估值超过 750 亿,是中国 商业航天 领域最成功的公司。
蓝箭的崛起得益于早而坚定的投入,以及高度自研的发展模式。蓝箭创始人张昌武很早意识到火箭的关键子系统 “靠买是买不来的。” 蓝箭从 2017 年开始自研发动机,也是业内最早自建试车台、发射场和火箭工厂的公司之一。这让蓝箭能掌握绝大部分关键技术,并在内部快速迭代,而不依靠外部供应链。
朱雀三号副总设计师董锴告诉我们,他第一次见到张昌武时问,“蓝箭要不要干可回收火箭。” 张昌武说自己一直都想做,但他不确定做成这件事要多少资源,蓝箭够不够格。
当时朱雀二号火箭首飞失败。为了节省资源造下一发火箭,蓝箭不得不暂停外扩的基建投入。整个公司唯一被完整保留的项目就是可回收火箭。
董锴告诉张昌武,试验箭可能要 5000 万元。张昌武说,“5000 万元就能干这么大的事吗?那没问题,全力支持。”
2023 年朱雀三号正式立项,于去年末完成首飞。飞行 490 多秒后,火箭已经完成入轨,一子级进入回收的环节。
董锴当时站在指挥中心。看到一级火箭的中心发动机点火成功,缓缓降落。还没来得及憧憬是不是第一次就成功回收了。突然,一个火球着起来——火箭砸地上了。
现场有同事头一次经历这种事,觉得可惜、落泪。那时,董锴通过调度喊:“把那个大红屏打出来,大家该庆祝庆祝。”
两个核心任务,一成,一败。“结果在预期之上,” 他解释说。
相比成功回收火箭,董锴更看重蓝箭的工程积累,掌握足够多信息时,成功就是水到渠成的。他的职责是,尽可能把火箭设计得简洁、高效、可靠,用更少的时间和代价让朱雀三号多飞几次,多练几次。
今年 7 月中旬,我们在蓝箭航天北京总部见到董锴。他当时刚跟完朱雀三的地面测试,从甘肃赶回。
董锴毕业于哈工大飞行器设计专业,他原本以为自己会进入 军工 系统,成为 “隐姓埋名” 的一份子。2009 年,他加入中国 航天科技 集团火箭研究院总体设计部担任工程师。那段时间,他接受了完整的工程训练,也曾参与过当时中国最大推力火箭长征五号的研制。2021 年,他加入蓝箭航天,全程参与了朱雀三号的设计和研发。
在董锴的描述中,整个朱雀三号项目不存在太多偶然性和弯道超车的科幻情节,他们只是按照计划脚踏实地把事做完。
朱雀三号回收成功是一个极具象征意义的浪漫时刻,但蓝箭更看重自身技术和工程能力的积累。他们马上就会开始检修收回来的火箭,争取尽快把它再次送进太空。
回收成功只是第一步,接下来要拆火箭看零部件血条还剩多少
晚点 :经过上次回收失败,这次发射前,你们做了哪些改进?
董锴 :一是牺牲一部分重量,把防热结构做得更强,二是尾舱内加了气瓶,点火前先抽气,降低甲烷浓度。
上次故障发生在着陆点火环节,按计划,回收时要先把最中间的发动机点着,然后旁边视情况最多再点四台,把速度减下来,最后从五台慢慢关成一台,展开支腿落地。
上次是中间发动机刚点着,后面四台还没点火的情况下尾舱发生异常。
晚点 :上一次发射结束到第二次发射前,中间准备了多长时间,准备过程做了哪些事?
董锴 :12 月 3 号发射,第二天几乎所有的遥测数据、光学数据都拿到了。我们没有太多时间去庆祝或沉浸在悲伤里。12 月 5 号就进入到首飞的技术归零、复盘了。
航天系统有一套严格的方法,叫 “有罪推定” 加 “孤证不立”。比如尾舱发生了爆炸,那至少爆炸得有明火、有燃烧、有推进剂,好,推进剂从哪来、从哪泄漏的?按这样一个脉络,最后分解到一堆底层事件。
每个排除掉的风险,都一定要有客观证据支持,不能通过人为观点排除某种可能性。这个过程像刑侦破案,排除掉所有不可能,最后留下的那个不管多么匪夷所思,那就是真相,真相只有一个,就跟大家看《名侦探柯南》一样。
晚点 :用了多长时间?
董锴 :大概 2-3 个月。对我们来讲,一发火箭钱也挺多,如果放过了真凶,那这学费就白交了。
完成故障定位,然后就改进。工程环节相对简单,剩下的就是解决这个问题花的代价、时间成本、物料成本。归根结底还都是可解的工程问题。我们不是那种没苦硬吃的,不会炫技,选的是相对可实现的路径。
晚点 :商业航天有个重要逻辑是,在一次次测试中收集数据再改进。首飞的数据收集符合预期吗?
董锴 :符合预期。关键要看实飞数据跟之前在地面上搞仿真、搞分析的预期是不是相符。有时候飞行成功可能是设计余量大顶住了,不是预期判断得准。
我们能看到一些数据和预期不一样。发现偏差之后就修正地面模型,该做减法的做减法、该做加法的做加法。像发动机,我们回收点火 5 台改成 3 台,其实也是拿到数据之后做的改变。
航天有句话叫 “如无必要勿增实体”。当年搞 5 台是因为别的型号发生过气动减速不到位,得靠多台发动机踩刹车补偿。首飞后,我发现这个风险没那么大,三台也能飞回来,非要多开两台,那两台万一故障有可能就炸了,得不偿失。所有方案都是收益跟代价的取舍。
晚点 :现在回收成功了,你们接下来会做什么?
董锴 :争取尽快把收回来的火箭复用一次。
这枚火箭回来后,我们会非常仔细地拆解,看一看,它经历这样一次飞行之后哪里产生了损坏。如果各个部分都有血条,以后的工作就是让每个血条可检、可测、可修,修完之后重新架上发射台。