SpaceX商用火箭怎樣打開“新世界”？

薛山

民營商用航天飛船首次載人飛行宣告成功

5月30日，美國佛羅里達(dá)州卡納維爾角，肯尼迪太空中心，商用民營火箭獵鷹9號從39A發(fā)射臺成功將SpaceX龍飛船2號送上太空，兩名資深的宇航員道格·赫利（Doug Hurley）和羅伯特·本肯（Robert Behnken）在19小時的太空旅程后順利抵達(dá)國際空間站，開始進(jìn)行為期1～4個月的空間站工作。在此期間，龍飛號會停泊在空間站并再次攜帶宇航員返回地球，將在通過大氣層后張開降落傘，最后落回預(yù)定海域，接由船舶進(jìn)行回收工作。此次發(fā)射標(biāo)志著美國再次擁有了載人航天的自主權(quán)，也對航天事業(yè)的發(fā)展方向產(chǎn)生了不小的影響。

失去載人航天能力9年后，私營公司強(qiáng)力接盤

載人航天并不稀奇，早在1961年蘇聯(lián)就發(fā)射了史上第一艘載人飛船“東方一號”，搭載的就是鼎鼎有名的加加林少校，那么為什么在近60年后的今天，全世界依然還對載人航天器的升空如此關(guān)注呢？這是因為在2011年7月21日亞特蘭蒂斯號航天飛機(jī)宣告長達(dá)30年的航天飛機(jī)生涯落幕后，因為航天飛機(jī)計劃終止，所以美國沒有新的載人航天器接續(xù)，暫時失去了載人航天能力，只能依賴俄羅斯的聯(lián)盟飛船運送宇航員。

而在4年后的2015年5月，SpaceX，同時也是特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在美國加州霍索恩的廠房內(nèi)官宣了第二代龍飛船，也正式宣布SpaceX拿下了NASA訂單，并且準(zhǔn)備打造一臺低成本、載人載貨通用、可重復(fù)使用的新式航天器，這個思路在當(dāng)時看來可謂瘋狂，因為在人類航天史上，集齊這些要素的載人飛船幾乎從未出現(xiàn)過，比如我國的航天器載人為神舟號，貨運則為天舟號，兩者并不通用，重復(fù)使用則更是有著各類航天飛機(jī)和N1火箭失敗的前車之鑒，但SpaceX都做到了。

不過在馬斯克的執(zhí)念之下，這一切依然有序上馬，得益于每一年都有十多次火箭發(fā)射的成功經(jīng)驗，造價僅僅1億美元，但通過27臺發(fā)動機(jī)實現(xiàn)64噸近地軌道運力的重型獵鷹火箭于2018年的成功試射，為剛剛成功發(fā)射的載人航天計劃夯實了基礎(chǔ)。

大膽創(chuàng)新的背后是大幅削減非必要成本，進(jìn)而提高發(fā)射效率

簡單來說，SpaceX方案就是在龍飛船2號周圍配備8臺發(fā)動機(jī)，且飛船自帶可重復(fù)利用的逃逸系統(tǒng)，放棄了傳統(tǒng)的每次發(fā)射就必須丟棄的逃逸塔設(shè)計。飛龍?zhí)柡教炱鞯脑O(shè)計目標(biāo)是艙室內(nèi)部加壓載人空間9.3立方米，最多可搭載7名宇航員，而非加壓貨運倉也有12.1立方米，而且它的儀表操控臺拋棄了傳統(tǒng)的復(fù)雜型機(jī)械設(shè)計，改用了在特斯拉產(chǎn)品線上常用的大面積觸控屏，甚至還重新設(shè)計了宇航員艙內(nèi)服，秉承了馬斯克的“硬核科幻”風(fēng)格。

專注近地衛(wèi)星，中國民營航天企業(yè)同樣面臨強(qiáng)力競爭

在載人載貨等大型航天器上，我國主要還是依賴國家單位，長征九號登月計劃也正在逐步進(jìn)行當(dāng)中。民營商用航天器的發(fā)展方向主要還是集中在近地衛(wèi)星方面，比如知名視頻網(wǎng)站bilibili就計劃定制、冠名一顆由長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司自主研發(fā)的多功能遙感衛(wèi)星——“嗶哩嗶哩視頻衛(wèi)星”，屆時將對衛(wèi)星發(fā)射全過程進(jìn)行直播。衛(wèi)星拍攝的遙感視頻、圖片數(shù)據(jù)將用于科普視頻，內(nèi)容包含科技、人文、歷史、地球、公益、教育等多個領(lǐng)域，并為B站用戶定制拍攝任務(wù)。

但是衛(wèi)星的軌道、頻段是一種有限的戰(zhàn)略資源且有優(yōu)劣之分，而因為缺乏相應(yīng)的國際法規(guī)約束，所以衛(wèi)星頻段和軌道資源采用的是 “先占先得” 的搶占方式，而且低軌衛(wèi)星是成千上萬顆小衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)部分衛(wèi)星壽命結(jié)束或損壞時可以發(fā)射新的衛(wèi)星將其替換，因此整個軌道只會被一家公司獨占，所以后發(fā)射衛(wèi)星的公司會十分被動。

在中國，包括銀河航天、長光衛(wèi)星等國內(nèi)衛(wèi)星公司都有自己的發(fā)射規(guī)劃，包括了遙感衛(wèi)星星座和通信衛(wèi)星星座，不少衛(wèi)星星座計劃也都在 3 位數(shù)以上。但計劃歸計劃，誰能真正能夠?qū)⑿l(wèi)星送上軌道才能占到先機(jī)，背后不僅要資本，更要巨頭來牽引需求流量，而就在去年年底，騰訊宣布聯(lián)合 Satellogic、籮筐技術(shù)以及航天科工海鷹集團(tuán)推出 “WeEarth超級地球”計劃，在未來數(shù)年內(nèi)組建一個包括 300 顆衛(wèi)星在內(nèi)的對地觀測網(wǎng)，為政府機(jī)構(gòu)、科研院所、科技企業(yè)提供遙感服務(wù)。這種服務(wù)模式允許用戶獲得特定地理區(qū)域上空多顆衛(wèi)星的使用權(quán)，這將使一部分難以自購或自產(chǎn)衛(wèi)星的政企能以較低成本擁有屬于自己的 “專屬衛(wèi)星” 服務(wù)，從而快速監(jiān)測到農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋、國土、環(huán)保、氣象等情況。

近地衛(wèi)星軌道資源爭奪戰(zhàn)一觸即發(fā)

不過，近地衛(wèi)星的世界級大玩家依然還是SpaceX，雖然在2018年才首發(fā)了2顆驗證衛(wèi)星，但2019年就進(jìn)行了6次火箭發(fā)射，將包含360顆衛(wèi)星的通信網(wǎng)絡(luò)送上了軌道，并計劃在2020 年發(fā)射總數(shù)超過700顆衛(wèi)星，可以說即便在這一領(lǐng)域，我國民營企業(yè)也同樣面臨巨大的挑戰(zhàn)。

國際管控手段需求迫切，航空事業(yè)進(jìn)入新一輪加速期

即使私營企業(yè)在太空商業(yè)中扮演的角色越發(fā)重要，但也迫切需要各國政府和國際組織提供基本規(guī)則和架構(gòu)，畢竟外層空間的公共政策尚處于起步階段，發(fā)展方式不能過于野蠻，比如近地軌道上的太空垃圾可能會對私有財產(chǎn)造成重大傷害，這個問題可能需要通過產(chǎn)權(quán)分配或征稅來處理。而且，由于私人企業(yè)掌握低軌道衛(wèi)星技術(shù)，帶給NASA等國家單位的壓力越來越大，如何實現(xiàn)權(quán)利均衡對所有國家都非常重要。

值得注意的是，SpaceX龍飛船2號主要也還是近地軌道（國際空間站對地高度約402公里），未來再次登月所需的飛船仍需重新設(shè)計（月球近地點也有35.7萬公里）。如果龍飛船2號載人飛船成功回收，這意味著私人公司研制的載人飛船可以運送宇航員執(zhí)行空間站任務(wù)了，進(jìn)而開創(chuàng)一條重要商業(yè)載人航天之路，今年早些時候馬斯克就啟動了私人空間站旅行項目，單人票價5500萬美元，且已有人預(yù)訂。對一個私人公司而言取得這樣的成就是值得慶賀的，當(dāng)然背后也有NASA全力支持的功勞。

SpaceX商業(yè)化的成功和其在專業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新思路也對國內(nèi)商業(yè)航空產(chǎn)業(yè)起到了啟發(fā)作用，比如中國民營火箭公司星際榮耀自主研發(fā)的“焦點一號”可重復(fù)使用液氧甲烷發(fā)動機(jī)，在5月27日就成功完成了二次啟動長程500秒試車，這是全球首臺具備二次啟動能力的液氧甲烷發(fā)動機(jī)，而且作為15噸級可重復(fù)使用發(fā)動機(jī)，設(shè)計使用次數(shù)達(dá)到30次，可大幅減少火箭制造成本。

編輯觀點

當(dāng)前全球太空商業(yè)化正處于關(guān)鍵時刻，預(yù)估到2030年全球航天工業(yè)的產(chǎn)值將達(dá)到6000億美元，尤其給政府和民營企業(yè)參與者創(chuàng)造不少機(jī)會。而SpaceX制造可重復(fù)使用的運載火箭以降低太空發(fā)展的成本，使其相較其他競爭業(yè)者更具成本優(yōu)勢，也會對其他國家或私營公司的創(chuàng)新方向起到指導(dǎo)作用，可以說是意義重大。