前行之路素來(lái)不缺孤勇者。2015年，藍(lán)箭航天的創(chuàng)始人兼CEOO張昌武因?yàn)橐粋€(gè)“不能踩著前人的腳印把老路再走一遍”的念頭，一手將藍(lán)箭航天創(chuàng)立起來(lái)。從朱雀二號(hào)遙二火箭成為全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭，到朱雀二號(hào)遙三運(yùn)載火箭搭載有效載荷并成功入軌，航天商業(yè)化這條路他一走就是近十年。

不是沒(méi)有范本，無(wú)論是SpaceXX獵鷹9還是重型獵鷹火箭，都已經(jīng)驗(yàn)證了航天商業(yè)化的可行性，其核心就是降成本。如今，張昌武和他實(shí)驗(yàn)室里的工程師正在與時(shí)間競(jìng)速，2025年他們要在“走出實(shí)驗(yàn)室的故事”里寫(xiě)下新篇章——朱雀三號(hào)實(shí)現(xiàn)首飛。

視線不斷落在可重復(fù)使用

“不能踩著前人的腳印把老路再走一遍，要站在巨人的肩膀邁向高遠(yuǎn)?！?015年，張昌武帶著這樣一個(gè)信念，開(kāi)啟了他的尋夢(mèng)之旅。

在近十年的發(fā)展中，藍(lán)箭航天的視線不斷落在可重復(fù)使用火箭上。開(kāi)端總是艱難的，歷經(jīng)八年時(shí)間，2023年7月，朱雀二號(hào)遙二火箭成為全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭。但有了第一步，后面的路就好走多了。2023年12月，朱雀二號(hào)遙三運(yùn)載火箭又搭載有效載荷并成功入軌。

“在我看來(lái)，中國(guó)商業(yè)航天發(fā)展有賴于領(lǐng)域內(nèi)實(shí)質(zhì)性的能力提升和技術(shù)突破，對(duì)于運(yùn)載火箭來(lái)說(shuō)，就要能夠在原有航天能力的基礎(chǔ)上繼續(xù)探索無(wú)人區(qū)、填補(bǔ)空白建立領(lǐng)先，并對(duì)標(biāo)世界一流?！睆埐浣忉尩?。

今年1月，《北京市加快商業(yè)航天創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)方案（2024—2028年）》正式公布，其中提出，力爭(zhēng)三年內(nèi)完成百公里級(jí)亞軌道火箭回收飛行驗(yàn)證，五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用火箭入軌回收復(fù)飛，大幅度降低發(fā)射成本。攻關(guān)可重復(fù)使用火箭，無(wú)疑已成為北京接下來(lái)在商業(yè)航天發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)之一?？芍貜?fù)使用火箭是相對(duì)于“一次性運(yùn)載火箭”而言的概念，指運(yùn)載器從地面起飛完成預(yù)定發(fā)射任務(wù)后，全部或部分返回并安全著陸，經(jīng)過(guò)檢修維護(hù)與燃料加注，可再次執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。

在張昌武看來(lái)，“尤其是大運(yùn)力可重復(fù)使用運(yùn)載火箭技術(shù)，必須在未來(lái)三年實(shí)現(xiàn)根本性的突破，中國(guó)商業(yè)火箭發(fā)展的真實(shí)刻度應(yīng)該是跟可重復(fù)使用火箭的刻度對(duì)齊的”。

在富有前瞻性的判斷中，藍(lán)箭航天不斷推進(jìn)可重復(fù)使用火箭的研發(fā)進(jìn)程，定位為大型可復(fù)用液氧甲烷運(yùn)載火箭的朱雀三號(hào)已計(jì)劃于2025年首飛。據(jù)介紹，朱雀三號(hào)一子級(jí)設(shè)計(jì)復(fù)用次數(shù)不少于20次。未來(lái)它的發(fā)射價(jià)格目標(biāo)是每公斤2萬(wàn)元，相比目前國(guó)內(nèi)民營(yíng)火箭每公斤約8萬(wàn)—11萬(wàn)元的發(fā)射價(jià)格大幅降低。

“此前制造火箭的材料主要是鋁合金，但鋁合金用于制造火箭貯箱，需要加工去除大量的原材料，材料利用率比較低。相比之下，不銹鋼直接使用冷軋薄板進(jìn)行卷焊，可以將材料利用率提升到80%以上，這樣箭上一公斤不銹鋼結(jié)構(gòu)的成本比箭上一公斤鋁合金結(jié)構(gòu)的成本要低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。”藍(lán)箭航天技術(shù)戰(zhàn)略部負(fù)責(zé)人袁宇在接受采訪時(shí)這樣介紹。

袁宇表示，同時(shí)，高強(qiáng)度301不銹鋼，其抗拉強(qiáng)度和延伸率都是傳統(tǒng)鋁合金的2—3倍。在低溫（液氧、LNG、液氮、液氫溫度）下，材料的抗拉強(qiáng)度會(huì)顯著提升到2000MPa以上，且保留良好的韌性。

性能還是產(chǎn)能?成本！

從利用率到延伸率，不銹鋼的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，但要讓不銹鋼代替鋁合金成為火箭材料，免不了一番取舍。

朱雀三號(hào)可復(fù)用火箭型號(hào)副總設(shè)計(jì)師董鍇在接受北京商報(bào)記者采訪時(shí)表示，使用不銹鋼也有代價(jià)，即重量代價(jià)，“不銹鋼的密度約為鋁合金的3倍，箭體太重會(huì)壓縮有效載荷，能帶的燃料和貨物就少了”。

發(fā)展可回收運(yùn)載火箭，其核心目的是降成本。在國(guó)外，SpaceX獵鷹9和重型獵鷹火箭已具備重復(fù)使用的能力，大幅降低發(fā)射成本。根據(jù)SpaceX官網(wǎng)發(fā)布的信息，“獵鷹9號(hào)”火箭單次發(fā)射成本約3000美元/千克，在此之前，全球商業(yè)航天發(fā)射成本在1萬(wàn)—2萬(wàn)美元/千克。

張昌武認(rèn)為，美國(guó)商業(yè)航天的發(fā)展歷程已經(jīng)驗(yàn)證了航天是可以商業(yè)化的，是蘊(yùn)含著巨大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿Φ?，也是能夠促進(jìn)科技創(chuàng)新、科技突破的一大利器。但在國(guó)內(nèi)，要實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用火箭的目標(biāo)，則還需要探索攻關(guān)新的材料、結(jié)構(gòu)和控制方法等難題。

在材料與結(jié)構(gòu)方面，藍(lán)箭航天將目光投向了不銹鋼。據(jù)悉，朱雀三號(hào)貯箱，即運(yùn)載火箭裝推進(jìn)劑和氧化劑的儲(chǔ)罐，其結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度不銹鋼材料，發(fā)射成本相較一次性使用火箭可降低80%—90%。

在這樣的代價(jià)之下，當(dāng)前階段，藍(lán)箭航天仍舊選擇使用不銹鋼，核心的邏輯是“性能換產(chǎn)能”，“犧牲了一部分在運(yùn)載方面的性能，以換取成本低、制造簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)”。

“藍(lán)箭的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)能很高，而貯箱等結(jié)構(gòu)使用鋁合金作為材料產(chǎn)能可能會(huì)受到供應(yīng)商限制。因此，選擇不銹鋼這種廣泛應(yīng)用于民間的工藝和材料，可以解決產(chǎn)能匹配問(wèn)題，并大幅降低成本。”董鍇表示。

而且，隨著可重復(fù)使用火箭的發(fā)展，不銹鋼的優(yōu)勢(shì)也在逐步擴(kuò)大。據(jù)董鍇介紹，由于重量代價(jià)的存在，過(guò)去的一次性火箭中，不銹鋼的優(yōu)勢(shì)還沒(méi)有那么大，但可回收火箭使結(jié)構(gòu)重量在整個(gè)運(yùn)載能力中所占比重降低。當(dāng)前，藍(lán)箭內(nèi)部也在努力減少重量代價(jià)，通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外的材料和焊接工藝，爭(zhēng)取讓使用在火箭上的不銹鋼更輕薄。

在董鍇看來(lái)，不同的火箭單位會(huì)根據(jù)自身需求作出取舍，一些單位可能會(huì)堅(jiān)持使用鋁合金，為追求性能而“不惜一切代價(jià)”，而藍(lán)箭航天想確保的，則是在有限資金內(nèi)進(jìn)行更多次的可回收科學(xué)實(shí)驗(yàn)，“對(duì)于資金有限的商業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，如何在有限的資金內(nèi)進(jìn)行更多次的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)核心問(wèn)題。因此，我們?cè)敢馐褂卯a(chǎn)能高、成本低的材料來(lái)進(jìn)行工作”。

從百米級(jí)到百公里級(jí)

“當(dāng)前，商業(yè)航天發(fā)展迎來(lái)了重大的窗口期和機(jī)遇期，也決定這個(gè)階段行業(yè)和企業(yè)需要更加地冷靜和務(wù)實(shí)，需要更加地扎實(shí)和嚴(yán)格。應(yīng)該說(shuō)國(guó)家從政策和資源層面對(duì)商業(yè)航天有了系統(tǒng)性的指引和保障，接下來(lái)就需要企業(yè)做好自己交付成績(jī)?！睆埐淙缡钦f(shuō)。

近年來(lái)，藍(lán)箭航天便不斷給出亮眼的成績(jī)。通過(guò)研制朱雀二號(hào)，藍(lán)箭航天已經(jīng)攻克了一次性使用中型液體運(yùn)載火箭技術(shù)；朱雀三號(hào)則將使其攻克部分重復(fù)使用技術(shù)這個(gè)大難關(guān)?！盎鸺夹g(shù)的發(fā)展沒(méi)有捷徑，唯有踏踏實(shí)實(shí)地、一步一個(gè)腳印地走，從百米級(jí)到公里級(jí)，再到百公里級(jí)。”袁宇表示。

今年6月，藍(lán)箭航天將實(shí)施朱雀三號(hào)一子級(jí)垂直起降回收試驗(yàn)的10公里級(jí)驗(yàn)證飛行。“這將是中國(guó)火箭回收技術(shù)的一個(gè)新高度，屆時(shí)我們將成為行業(yè)內(nèi)第一個(gè)摸到10公里門(mén)檻的企業(yè)?！痹钫f(shuō)。

此外，董鍇指出，從技術(shù)的角度來(lái)講，對(duì)于可回收火箭來(lái)說(shuō)，幾個(gè)關(guān)鍵步驟是必不可少的，包括發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)控制算法和幾個(gè)特殊動(dòng)作?！霸?0公里飛行中，將遇到這些動(dòng)作：空中啟動(dòng)、柵格舵啟動(dòng)的聯(lián)合控制展開(kāi)，速度達(dá)到一定程度，氣動(dòng)控制、聯(lián)合控制、二次啟動(dòng)都是必不可少的動(dòng)作。對(duì)于藍(lán)箭來(lái)說(shuō)，在10公里飛行中完成這些關(guān)鍵動(dòng)作后，下一步就是入軌。”

對(duì)于在商業(yè)航天領(lǐng)域如何提升新質(zhì)生產(chǎn)力，張昌武表示，科技創(chuàng)新是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的核心要素，商業(yè)航天同樣是以技術(shù)、模式創(chuàng)新引領(lǐng)的行業(yè)，本身就是一種新質(zhì)生產(chǎn)力，是一種新產(chǎn)業(yè)、新能力、新可能。

“新質(zhì)生產(chǎn)力，首先是創(chuàng)新，對(duì)于運(yùn)載火箭來(lái)說(shuō)，要能夠在原有航天能力的基礎(chǔ)上繼續(xù)探索無(wú)人區(qū)、填補(bǔ)空白建立領(lǐng)先，并對(duì)標(biāo)世界一流?！睆埐湔f(shuō)。