前行之路素来不缺孤勇者。2015年，蓝箭航天的(de)创始人兼CEO张昌武因为一个“不能踩着前人的(de)脚(jiao)印把老路再走一遍”的(de)念头，一手将蓝箭航天创立起来。从朱雀(que)二(er)号遥二(er)火箭成为全(quan)球首枚成功入轨(gui)的(de)液氧甲烷火箭，到朱雀(que)二(er)号遥三运载火箭搭载有效载荷(he)并成功入轨(gui)，航天商业化这(zhe)条路他一走就是近(jin)十年。
不是没有范本，无论SpaceX猎鹰9还是重型猎鹰火箭，都已经验证了航天商业化的(de)可行性，其核心(xin)就是降成本。如今，张昌武和他实验室里的(de)工程师正在与时间竞(jing)速，2025年他们要在“走出(chu)实验室的(de)故事”里写下新篇章：朱雀(que)三号实现首飞。
视线不断落在可重复使用
“不能踩着前人的(de)脚(jiao)印把老路再走一遍，要站(zhan)在巨(ju)人的(de)肩膀迈向高远。”2015年，张昌武带着这(zhe)样一个信念，开启了他的(de)寻梦之旅。
在近(jin)十年的(de)发展中，蓝箭航天的(de)视线不断落在可重复使用火箭上(shang)。开端总是艰(jian)难的(de)，历(li)经8年时间，2023年7月(yue)，朱雀(que)二(er)号遥二(er)火箭成为全(quan)球首枚成功入轨(gui)的(de)液氧甲烷火箭。但有了第一步，后面的(de)路就好走多了。2023年12月(yue)，朱雀(que)二(er)号遥三运载火箭又搭载有效载荷(he)并成功入轨(gui)。
“在我(wo)看来，中国商业有赖于领(ling)域内(nei)实质性的(de)能力提升(sheng)和技术突破，对(dui)于运载火箭来说(shuo)，就要能够在原有航天能力的(de)基础上(shang)继续(xu)探索无人区、填补空白建(jian)立领(ling)先(xian)，并对(dui)标世(shi)界一流。”张昌武解释道。
今年1月(yue)，《北京市加快商业航天创新发展行动方案（2024―2028年）》正式公布，其中提出(chu)，力争3年内(nei)完成百公里级亚(ya)轨(gui)道火箭回收飞行验证，5年内(nei)实现可重复使用火箭入轨(gui)回收复飞，大幅度降低(di)发射(she)成本。攻关(guan)可重复使用火箭，无疑已成为北京接下来在商业航天发展的(de)重点任务之一。可重复使用火箭是相(xiang)对(dui)于“一次性运载火箭”而言(yan)的(de)概念，指运载器从地(di)面起飞完成预(yu)定发射(she)任务后，全(quan)部(bu)或部(bu)分返回并安全(quan)着陆，经过检修维护与燃料(liao)加注，可再次执行发射(she)任务。
在张昌武看来，“尤其是大运力可重复使用运载火箭技术，必须在未来3年实现根本性的(de)突破，中国商业火箭发展的(de)真实刻度应该是跟可重复使用火箭的(de)刻度对(dui)齐的(de)”。
在富有前瞻性的(de)判断中，蓝箭航天不断推进可重复使用火箭的(de)研发进程，定位为大型可复用液氧甲烷运载火箭的(de)朱雀(que)三号已计(ji)划于2025年首飞。据介绍，朱雀(que)三号一子级设计(ji)复用次数(shu)不少于20次。未来它(ta)的(de)发射(she)价格目标是每公斤2万(wan)元人民币，相(xiang)比(bi)目前国内(nei)民营火箭每公斤约8万(wan)至11万(wan)元大幅降低(di)。
不锈钢(gang)材料(liao)成本可降80%―90%
发展可回收运载火箭，其核心(xin)目的(de)是降成本。在国外，SpaceX猎鹰9和重型猎鹰火箭已具备重复使用的(de)能力，大幅降低(di)发射(she)成本。根据SpaceX官网发布的(de)信息，“猎鹰9号”火箭单次发射(she)成本约3000美元每千克(ke)，在此(ci)之前，全(quan)球商业航天发射(she)成本在1万(wan)至2万(wan)美元每千克(ke)。
张昌武认为，美国商业航天的(de)发展历(li)程已经验证了航天是可以(yi)商业化的(de)，是蕴(yun)含着巨(ju)大的(de)经济发展潜力的(de)，也(ye)是能够促进科技创新、科技突破的(de)一大利器。但在国内(nei)，要实现可重复使用火箭的(de)目标，则(ze)还需要探索攻关(guan)新的(de)材料(liao)、结构和控制方法等难题(ti)。
在材料(liao)与结构方面，蓝箭航天将目光投向了不锈钢(gang)。据悉，朱雀(que)三号贮(zhu)箱，即运载火箭装推进剂和氧化剂的(de)储罐，其结构采用高强度不锈钢(gang)材料(liao)，发射(she)成本相(xiang)较一次性使用火箭可降低(di)百分之八十至九十。
“此(ci)前制造火箭的(de)材料(liao)主要是铝合金，但铝合金用于制造火箭贮(zhu)箱，需要加工去除大量(liang)的(de)原材料(liao)，材料(liao)利用率比(bi)较低(di)。相(xiang)比(bi)之下，不锈钢(gang)直接使用冷轧薄板进行卷焊，可以(yi)将材料(liao)利用率提升(sheng)到80%以(yi)上(shang)，这(zhe)样箭上(shang)一公斤不锈钢(gang)结构的(de)成本比(bi)箭上(shang)一公斤铝合金结构的(de)成本要低(di)两个数(shu)量(liang)级。”蓝箭航天技术战略部(bu)负责人袁宇在接受采访时这(zhe)样介绍。
袁宇表示，同(tong)时，高强度301不锈钢(gang)，其抗拉(la)强度和延(yan)伸率都是传统铝合金的(de)2―3倍。在低(di)温（液氧、LNG、液氮、液氢温度）下，材料(liao)的(de)抗拉(la)强度会显著提升(sheng)到2000MPa以(yi)上(shang)，且保(bao)留良好的(de)韧性。
性能还是产能?成本！
从利用率到延(yan)伸率，不锈钢(gang)的(de)优势显而易见，但要让不锈钢(gang)代替(ti)铝合金成为火箭材料(liao)，免不了一番取(qu)舍。
朱雀(que)三号可复用火箭型号副总设计(ji)师董锴在接受北京商报记(ji)者采访时表示，使用不锈钢(gang)也(ye)有代价，即重量(liang)代价，“不锈钢(gang)的(de)密度约为铝合金的(de)3倍，箭体太重会压缩(suo)有效载荷(he)，能带的(de)燃料(liao)和货物就少了”。
在这(zhe)样的(de)代价之下，当前阶段，蓝箭航天仍旧选择使用不锈钢(gang)，核心(xin)的(de)逻辑是“性能换产能”，“牺牲了一部(bu)分在运载方面的(de)性能，以(yi)换取(qu)成本低(di)、制造简单的(de)优势”。
“蓝箭的(de)发动机产能很高，而贮(zhu)箱等结构使用铝合金作为材料(liao)产能可能会受到供应商限制。因此(ci)，选择不锈钢(gang)这(zhe)种广泛应用于民间的(de)工艺和材料(liao)，可以(yi)解决产能匹配问题(ti)，并大幅降低(di)成本。”董锴表示。
而且，随着可重复使用火箭的(de)发展，不锈钢(gang)的(de)优势也(ye)在逐步扩大。据董锴介绍，由于重量(liang)代价的(de)存在，过去的(de)一次性火箭中，不锈钢(gang)的(de)优势还没有那么大，但可回收火箭使结构重量(liang)在整个运载能力中所(suo)占比(bi)重降低(di)。当前，蓝箭内(nei)部(bu)也(ye)在努力减少重量(liang)代价，通过研究国内(nei)外的(de)材料(liao)和焊接工艺，争取(qu)让使用在火箭上(shang)的(de)不锈钢(gang)更轻薄。
在董锴看来，不同(tong)的(de)火箭单位会根据自身需求作出(chu)取(qu)舍，一些单位可能会坚持使用铝合金，为追求性能而“不惜一切代价”，而蓝箭航天想(xiang)确保(bao)的(de)，则(ze)是在有限资金内(nei)进行更多次的(de)可回收科学实验，“对(dui)于资金有限的(de)商业企业来说(shuo)，如何在有限的(de)资金内(nei)进行更多次的(de)实验是一个核心(xin)问题(ti)。因此(ci)，我(wo)们愿(yuan)意使用产能高、成本低(di)的(de)材料(liao)来进行工作”。
从百米级到百公里级
“当前，商业航天发展迎来了重大的(de)窗(chuang)口(kou)期和机遇期，也(ye)决定这(zhe)个阶段行业和企业需要更加地(di)冷静和务实，需要更加地(di)扎实和严格。应该说(shuo)国家从政策和资源(yuan)层面对(dui)商业航天有了系统性的(de)指引和保(bao)障，接下来就需要企业做好自己交付(fu)成绩。”张昌武如是说(shuo)。
近(jin)年来，蓝箭航天便不断给出(chu)亮眼(yan)的(de)成绩。通过研制朱雀(que)二(er)号，蓝箭航天已经攻克(ke)了一次性使用中型液体运载火箭技术；朱雀(que)三号则(ze)将使其攻克(ke)部(bu)分重复使用技术这(zhe)个大难关(guan)。“火箭技术的(de)发展没有捷径，唯有踏踏实实地(di)，一步一个脚(jiao)印地(di)走，从百米级、到公里级，再到百公里级。”袁宇表示。
今年6月(yue)，蓝箭航天将实施朱雀(que)三号一子级垂直起降回收试验的(de)10公里级验证飞行。“这(zhe)将是中国火箭回收技术的(de)一个新高度，届时我(wo)们将成为行业内(nei)第一个摸到10公里门(men)槛的(de)企业。”袁宇说(shuo)。
此(ci)外，董锴指出(chu)，从技术的(de)角度来讲，对(dui)于可回收火箭来说(shuo)，几个关(guan)键(jian)步骤是必不可少的(de)，包括发动机调节控制算法和几个特殊动作。“在10公里飞行中，将遇到这(zhe)些动作：空中起动、栅格舵启动的(de)联合控制展开，速度达到一定程度，气动控制、联合控制、二(er)次起动都是必不可少的(de)动作。对(dui)于蓝箭来说(shuo)，在10公里飞行中完成这(zhe)些关(guan)键(jian)动作后，下一步就是入轨(gui)。”
对(dui)于在商业航天领(ling)域如何提升(sheng)新质生产力，张昌武表示，科技创新是发展新质生产力的(de)核心(xin)要素，商业航天同(tong)样是以(yi)技术、模式创新引领(ling)的(de)行业，本身就是一种新质生产力，是一种新产业、新能力、新可能。
“新质生产力，首先(xian)是创新，对(dui)于运载火箭来说(shuo)，要能够在原有航天能力的(de)基础上(shang)继续(xu)探索无人区、填补空白建(jian)立领(ling)先(xian)，并对(dui)标世(shi)界一流。”张昌武说(shuo)。
北京商报记(ji)者 金朝力 冉黎黎