英國航天，要再出發(fā)了嗎？

▲軌道進(jìn)入公司的軌道500R飛行器

2018年7月的英國范堡羅航展上，組建不久的英國航天局宣布了一個大消息：要在蘇格蘭北部的薩瑟蘭地區(qū)建立發(fā)射場！對于英國這個進(jìn)入后工業(yè)化時代的國家來說，可真是大事件了。

英國航天局發(fā)錢了

英國航天局最近宣布，向兩家發(fā)射服務(wù)企業(yè)提供資金支持，鼓勵他們以小型運載火箭為主力，進(jìn)駐新的北部發(fā)射場。其中一家是來自美國的洛·馬公司，另一家是英國本土的奧拜克斯公司。但這筆鼓勵金并不公平，洛·馬公司得到了整整2350萬英鎊，奧拜克斯公司只得到了550萬英鎊。而且，洛·馬公司自己根本就沒有小火箭，而是要引入火箭實驗室公司的“電子號”火箭。奧拜克斯公司的火箭叫做“PRIME”，這個單詞作為名詞解釋的時候，有著“精華”“初期”“全盛時期”“青年”的意思，總之是各種美好。

除了這筆錢，英國航天局還打算投入另外5000萬英鎊來資助相關(guān)企業(yè)。因此，一眾英國企業(yè)頗受鼓舞。英國航天局還在范堡羅航展期間舉辦了“發(fā)射英國”論壇，企業(yè)紛紛發(fā)言，表示英國政府終于再次重視航天發(fā)射，真是產(chǎn)業(yè)之福。

需要知道的是，英國雖然是一個科學(xué)和技術(shù)發(fā)達(dá)的國家，今天的火箭、衛(wèi)星、空間站都離不開牛頓他老人家的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，但是英國從政府到社會都對航天有著一種無法理解的漠視。英國人上一次發(fā)射火箭還是在1971年，從那以后，英國再無火箭。

40多年后，英國不但成立了航天局，還要修建新的發(fā)射場，還要有自主火箭公司，一副要爭奪世界發(fā)射服務(wù)市場份額的樣子。這是牛頓顯靈了，還是被布蘭森爵士遠(yuǎn)渡重洋赴美創(chuàng)業(yè)刺激到了？

▲現(xiàn)在的薩瑟蘭半島還是一副蠻荒之地的樣子

荒野里的發(fā)射場

英國要建設(shè)的發(fā)射場，位于蘇格蘭北部的薩瑟蘭地區(qū)。從谷歌地球上看，這里是一片地廣人稀的沼澤地，實地照片上透露出的信息也是如此。

熟悉英國歷史和社會的人們都知道，在歷史上，不列顛島分成英格蘭、蘇格蘭和威爾士三個國家。英格蘭的實力最為強(qiáng)大，因此征服了另外兩國。其中威爾士人比較溫順地投降了，英國王儲也因此固定地被冊封為威爾士親王。蘇格蘭卻沒有那么好說話，蘇格蘭人頑強(qiáng)抵抗，直到1688年才被徹底鎮(zhèn)壓下去。著名的電影《勇敢的心》描述的就是其中一段歷史，那句最后的臺詞“freedoom”讓英國王室難受了好久。

正因為如此，蘇格蘭地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展一直比較滯后，所以有比較多的空地可以使用。薩瑟蘭發(fā)射場的選址也比較有意思，它由兩個業(yè)務(wù)部分組成。首先是垂直發(fā)射場，位于阿瑪霍伊內(nèi)半島上。這個半島的西邊是艾里博爾湖和霍普湖，東邊是一大片淺灘，南部是本霍普山森林公園，整個半島上連像樣的居民點都沒有，只有一大片山地、少數(shù)農(nóng)田和灘涂。很顯然，這個選址的主要發(fā)射目標(biāo)，是太陽同步軌道的遙感衛(wèi)星。太陽同步軌道在北半球上空的方向是從北向南，再偏西7°。把發(fā)射場設(shè)置在半島中心地帶后，火箭發(fā)射之后正好從荒地上飛過，如果有什么故障可以直接自毀到無人區(qū)，比較安全。

阿瑪霍伊內(nèi)半島荒涼得不像是位于一個發(fā)達(dá)國家，但航天發(fā)射場并不是孤立存在的，它必須建設(shè)在有公路通達(dá)的地方，否則火箭怎么從工廠運到發(fā)射工位呢？在這個半島上，有一條A838公路攔腰穿過，發(fā)射場肯定要在A838公路附近選址。但是，英國人未必會按照中國當(dāng)年建設(shè)酒泉基地的氣魄與規(guī)模來打造航天港，這個發(fā)射中心必定要盡量接近現(xiàn)有的城市，否則現(xiàn)在的英國人哪里忍得住荒野里的寂寞。比較好的選址是在阿瑪霍伊內(nèi)半島東岸，從這里向東駛過跨海大橋，就可以抵達(dá)一個叫做湯格的城市。其實以中國的標(biāo)準(zhǔn)，湯格根本算不上城市，也就是一個行政村。在谷歌地圖上，我們用筆尖就能數(shù)清整個城市有多少棟房子。然而，馬上一切都會改變了，湯格很可能將成為英國史上第一個航天港，英國人上一次發(fā)射火箭是在澳大利亞進(jìn)行的。

除了發(fā)射場外，幾家航天企業(yè)也開始活躍起來。

B2space的氣球加火箭

大型飛機(jī)并不是唯一能把火箭運到高空的手段，如果能研制一種足夠大的氣球，同樣可以把火箭運到高空，而且氣球比大型噴氣式飛機(jī)便宜多了。這就是B2space公司的理念。他們打算研制一種超級氣球，把火箭吊到37公里的高空發(fā)射。

一般來說，民航客機(jī)運行在不超過9公里左右的高空，偶然會超過10公里。冷戰(zhàn)時期的美國“黑鳥”超級偵察機(jī)也只能飛到30公里高空。按照我們學(xué)過的中學(xué)物理知識，高度每上升12米，氣壓就會減少1毫米汞柱的刻度?？上攵?，37公里高度上的氣壓會低到什么程度。但這對航天發(fā)射來說是有利的，因為這里的空氣密度已經(jīng)很小，意味著空氣阻力要比地面上小得多。不但火箭飛行的阻力更小，而且還可以不太講究結(jié)構(gòu)和氣動外形。按照公司負(fù)責(zé)人瓦倫丁·卡納勒斯的說法，可以采用強(qiáng)度更小、更輕的結(jié)構(gòu)設(shè)計和更加不講究的整流罩外形。而且，氣球發(fā)射未必要在德內(nèi)斯灣實施，只要找到一片相對空閑的空域就可以，甚至可以用駁船拖到公海上發(fā)射。

▲B2space的巨大氣球

▲B2space打算開發(fā)的氣球火箭

氣球發(fā)射也存在自己的問題，主要是火箭起飛時如何指向正確的方向，如何避免火箭的尾焰燒壞氣球。另外，氣球從地面上升到37公里高的時間，比常規(guī)的地面起飛火箭要長得多。如何讓火箭經(jīng)受住這么長時間內(nèi)的溫度變化，也是個需要考慮的問題。

▲奧拜克斯公司的火箭可以發(fā)射小型衛(wèi)星

▲軌道進(jìn)入公司未來的大計劃

技術(shù)方案保密中的軌道進(jìn)入公司

這家公司的理念和我們此前報道過的維珍軌道公司差不多，也是用一架大型噴氣飛機(jī)把火箭帶到高空去發(fā)射。他們所選擇的也是一架美國造的退役飛機(jī)——安全飛行記錄并不好的。

而且，軌道進(jìn)入公司的創(chuàng)始人斯圖爾特·麥克林泰爾此前并沒有與火箭相關(guān)的的履歷，他是一位航空工程師，搞過發(fā)動機(jī)制造、民用飛機(jī)制造，也搞過銷售和戰(zhàn)略咨詢。所以，這家企業(yè)拿出來的東西更像飛機(jī)而不是火箭。

第一種型號叫做軌道500R，是一種可重復(fù)使用的空射兩級運載系統(tǒng)?？梢园?00千克的載荷送入600公里高的太陽同步軌道，包括極軌道和赤道軌道。軌道500R將掛在MD11飛機(jī)的機(jī)身下方，到達(dá)一定高度、一定速度后分離，自主飛行。將載荷送入軌道后，軌道500R將返回大氣層，在機(jī)場著陸。在這個過程中，軌道500R還可以攜帶一些微重力設(shè)備，提供商業(yè)化的研究服務(wù)。

其后的型號就開始讓人有瘋狂的感覺了。

這家公司規(guī)劃了3個型號的空天飛機(jī)，其中在2024年要實現(xiàn)名為“軍刀”的實驗平臺，到2030年實現(xiàn)一種大型的吸氣式兩級入軌飛行器，到2040年實現(xiàn)一種吸氣式的單級入軌飛行器。

不差錢的奧拜克斯公司

奧拜克斯其實不是一個完全的英國公司，它的總部設(shè)在倫敦，在丹麥和德國都有自己的分支機(jī)構(gòu)。到2018年7月中旬，這家公司已經(jīng)從英國政府、太陽石技術(shù)風(fēng)投公司等金主那里募集到了3900萬美元的資金，但是這筆錢還是不夠，開發(fā)prime火箭大概需要7000萬～7500萬美元的資金。

不過，按照奧拜克斯公司總裁的說法，這筆錢足夠奧拜克斯在市場上站穩(wěn)腳跟了。根據(jù)他的統(tǒng)計，全球目前大概有80個自封的火箭創(chuàng)業(yè)公司，其中大多數(shù)都只是有想法而已，真抓實干的屈指可數(shù)。

雖然拿到了這么大一筆錢，奧拜克斯還是很低調(diào)。在它的網(wǎng)站上，對型號、商業(yè)模式的介紹極少。Prime可以把150千克重的載荷送入500公里高的太陽同步軌道。為了滿足歐洲近年來對溫室氣體排放的苛刻要求，prime采用了號稱“生物推進(jìn)劑”的燃料選擇：液氧+丙烷。丙烷其實就是我們常用的液化石油氣，分子式寫作C3H8。按照奧拜克斯的說法，這樣的燃料選擇，碳排放比液氧+煤油減少了90%。不過他只字未提液氧-甲烷或者液氧-液氫。顯然，這兩種燃料對技術(shù)水平的要求比較高，不是創(chuàng)業(yè)企業(yè)能輕易采用的。其實他所針對的，是洛·馬公司打算引入英國的“電子號”火箭，這就是一種燒煤油的火箭。

丙烷在常壓下的沸點只有-42.09攝氏度，所以存儲起來比甲烷或者液氫都容易得多。奧拜克斯公司為此采用了所謂的“共軸儲箱”設(shè)計。中心儲箱里裝的是丙烷，然后外面環(huán)繞一個液氧儲箱。液氧的低溫很容易就能把丙烷保持在液態(tài)。兩個儲箱之間可以共用一層壁板，減輕了結(jié)構(gòu)重量。

奧拜克斯公司目前只有15個員工，既然拿到了投資，很快就要擴(kuò)張到40人，到發(fā)射前會擴(kuò)張到150人。

奧拜克斯公司還拿到了第一份發(fā)射合同，為西班牙elecnor deimos公司發(fā)射一顆小衛(wèi)星。那么，后續(xù)的客戶從哪里來呢？奧拜克斯認(rèn)為，歐洲有不少小衛(wèi)星研發(fā)單位，如果這些單位把衛(wèi)星送到美國、法屬圭亞那、印度或者中國去發(fā)射，會面臨相當(dāng)多的技術(shù)和政策麻煩，費用也很高。如果送到英國北部發(fā)射，就要容易得多。

▲電子號火箭從薩瑟蘭發(fā)射的想象圖

▲烏克蘭南方設(shè)計局代工的天空蘿拉火箭

燒過氧化氫的天空蘿拉

最后要說到英國的最后一枚火箭“黑箭”了。當(dāng)年的設(shè)計師們可能無論如何想不到，自己的理想居然有繼承人，而且火箭本身要到烏克蘭去研制。

首先說說“黑箭”。過氧化氫加煤油的燃料組合有自己的優(yōu)點，主要是便宜、無毒、可以在常溫常壓下儲存。但是它的比沖很差，只有不到300秒，在“黑箭”上只實現(xiàn)了265秒（一級和二級）和278秒（三級）?！昂诩睆纳鲜兰o(jì)60年代開始研制，在1969年到1971年發(fā)射了4次，最后一次才取得完全成功。英國內(nèi)閣認(rèn)為，讓美國人來發(fā)射衛(wèi)星更便宜，而且美國宇航局竟然提出了免費發(fā)射英國衛(wèi)星的意見。于是“黑箭”被打入冷宮，剩下的一枚火箭收藏在倫敦科學(xué)博物館里。因此，“黑箭”之后沒有任何人再選擇這種方案。如今重新提出過氧化氫+煤油的火箭，恐怕能承接合同的火箭工廠都很難找到。

但是蘇聯(lián)為世界航天留下了龐大的資產(chǎn)，其中包括走投無路的烏克蘭南方設(shè)計局。因此，英國人羅賓·哈格找到南方設(shè)計局，在第聶伯市設(shè)立了一個研發(fā)中心，復(fù)刻這個幾十年前的理想。南方設(shè)計局對這種低難度的小生意也來者不拒，而且英國人還帶來了新的制造技術(shù)，例如3D打印和計算機(jī)輔助設(shè)計，何樂不為呢。雙方一拍即合，成立了天空蘿拉公司，目前打算研制兩種火箭，一種是亞軌道的天空蘿拉1，一種是可以向太陽同步軌道發(fā)射的天空蘿拉XL。

天空蘿拉1是單級火箭，發(fā)動機(jī)海平面推力為30千牛，海平面噴氣速度為2226米每秒，真空噴氣速度為2662米每秒，載荷能力為150千克。

天空蘿拉XL的第一級真空推力為70千牛（海平面）和79.7千牛（真空），噴氣速度為2454 米每秒（海平面）和2794米每秒（真空）；真空噴氣速度為3001米每秒；第二級真空推力為85.5千牛，真空噴氣速度為3001米每秒；第三級真空推力為3500牛，真空噴氣速度為3004米每秒。

目前，三級火箭的樣機(jī)已經(jīng)完成，但一級和二級火箭還在繪圖板上。所以，公司官網(wǎng)上也沒有給出運載能力大數(shù)據(jù)。

有意思的是，天空蘿拉公司的主要團(tuán)隊也是英烏混合。總裁名叫弗拉基米爾·列夫亞金，顯然是個烏克蘭人。

按照計劃，天空蘿拉1將在2019年夏天首次發(fā)射，天空蘿拉XL將在2021年發(fā)射。性能數(shù)據(jù)這樣難看的火箭能找到客戶嗎？或許，只要它夠便宜就行吧。