天兵科技火箭爆炸,会影响中国商业航天上升之路吗?

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划重点

01中国民营航天公司天兵科技火箭爆炸事故引发全球关注,事故发生于动力系统热试车阶段。

02天兵科技在情况说明中表示,爆炸系火箭与试验台连接处结构失效导致。

03由于此次事故,天兵科技将尽快完成故障归零,组织新产品的生产和试验。

04尽管事故令人担忧,但中国商业航天市场仍呈现出“一超多强”格局,国内火箭公司成绩不俗。

05专家认为,国内商业航天应正视与国外先进水平的差距,谦虚谨慎,脚踏实地。

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图源:Pexels
一次不该有的错误
在这个全球商业航天蓬勃发展,人类开始寄希望于依靠商业力量征服太空的时代,一枚来自中国民营航天公司的火箭因试验故障发生了坠落、起火,消息还迅速吸引了来自全球各国的关注,从BBC、VOA到俄罗斯卫星通讯社等外媒都对该事故进行了报道。    
当晚19点,北京天兵科技有限公司发布了情况说明,爆炸系该公司研制的研制的运载火箭开展动力系统热试车所致,试车过程中,一子级火箭脱离发射台升空,并跌落山中后解体。
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图源:封面新闻
这里先解释一下“试车”是什么意思,“试车”一词与中国现代运载工具的发展过程密切相关。早期火箭领域的技术人员在行业术语上继承了火车、汽车的“行话”习惯,最初火箭发动机地面测试一度被称作“开车”。随着技术不断发展,火箭和航天器发动机地面测试已经形成了一套系统性流程,包括测试前的准备工作、测试过程中的数据采集和分析、测试后的结果评估和调整等,“试车”两字也成为航天行业针对火箭和航天器发动机地面试验的常用说法。
对于火箭飞起的原因,天兵科技在情况通报中解释:“因箭体与试验台连接处结构失效,一子级火箭脱离发射台”。一家名为“专利挖掘机”的自媒体翻出了天兵科技于2023年2月申请的一件名为《一种运载火箭动力系统试车用支撑结构》的实用新型专利。根据该专利文件的描述,为了运输方便,该专利将原本一体的试车支撑结构改成了分体式结构,且在一个重要的连接位置用螺栓连接代替了焊接等固定连接。专利说明书指出:该支撑结构的极限承载力为600吨。
但是实际上试车台的极限承载力远不止600吨,有业内人士指出600吨设计承载力的试车台也应该能拉住820推力的一级火箭,因为工程设计中有个极为重要的系数,叫安全系数。安全系数指的是极限破坏应力和许用应力之比。机械或土木工程中安全系数最小也不会低于1.5。换句话,600吨承载力的试车台无论如何都能拉住推力900吨以下的火箭。根据官方数据,这次 9 台 80 吨以上推力的发动机一起点火,实际推力达到 820 吨,应该还没超过承载极限。 所以天兵科技说的是“因箭体与试验台连接处结构失效”,而不是超过设计极限。
对于本次事故的善后,天兵科技在“情况说明”中指出:“我们将尽快完成故障归零,组织新产品的生产和试验。”
归零工作,是指“对在设计、生产、试验、服务中出现的质量问题,从技术上、管理上分析产生的原因、机理,并采取纠正措施、预防措施,以避免问题重复发生的活动”。毕竟,动力系统试车只能算是火箭研发的一系列难点中的一项,后面还有“火箭的控制、运载能力、任务的重构等等,都是难点。
在火箭试车阶段就发生爆炸,在人类航天史上还是比较少见。上一次还要追溯到1952 年 6 月 6 日 Viking 8  ( 维京 8 号 ) 静态试车时也没拉住,飞行 55 秒于 6~8km 处坠毁。
自信爆棚的天兵就在对外宣传中多次表示,要在 24 年 6 月发射新型号,也就是对标猎鹰 9 号的天龙三号。为什么天兵科技会有如此自信,因为在行业内真的是头部玩家,2023年4月2日,天龙二号液氧煤油火箭首飞圆满成功。天兵科技成为全球第一家首次发射液体火箭即成功的新兴航天企业,打破了全行业“魔咒”,开辟了我国民营火箭公司的液体火箭时代。
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作为中国民营航天独角兽公司,成立5年来,天兵科技已完成了15轮融资,累计融资金额超40亿,估值超120亿。在行业内也算的上是数一数二,也正因为如此,在去年天龙二号首飞成功之后,就迅速安排天龙三号升空计划,需要给投资人一个交代,也需要证明自己的实力。
而且天龙三号是全自研的火箭,全自研好处当然很多,但坏处也很明显,质量验证需要时间需要磨合调整。不过一年时间又安排发射计划,显然会有不少错漏之处。更坏的是,试车阶段没有全面质量排查,以至于出现了这种低级错误。
中国工程院院士卢秉恒指出,我们商业航天已经取得了第一批初步的成功,有差不多几十次发射了,这是现状,但是任务还很长,就是各种载荷、变推力,尤其是可回收这方面还要大力地发展。
商业航天呈现“一超多强”格局
“以星链为标杆的卫星互联网应用证明了,火箭市场是一个正在迅速打开的市场,厂商之间基本上不存在直接竞争。”东方空间联合创始人、联席CEO姚颂告诉“出行一客”,至少在2030年以前,各家公司只要能把一个运载能力足够可靠、价格足够便宜的火箭造出来,基本上就不会缺卫星互联网发射的订单。
所以说起商业航天就必然绕不来马斯克旗下的SpaceX,说是马斯克带火了商业航天也不为过。
2023年,中国航天发射67次,这已经是中国航天迄今为止最好的成绩了。但全球来看,中国航天发射次数占比只有三成,因为这一年的发射冠军是美国,发射了116次,更精确地说,应该是SpaceX——发射了98次,占比44.34%。 而如果看更关键的指标——“发射质量”——那么SpaceX的地位就更超然了:2023年,SpaceX一共发射了1195吨的载荷,占了全球的80%。
而在商业航天的圈子里,SpaceX的“重型猎鹰”把这个价格打到了2000美元左右。最近这几天,随着SpaceX“星舰”第四次试射取得了前所未有的大成功,马斯克商业航天的路子,看来是越走越宽了——因为如果“星舰”可以成熟运行,那么卫星发射成本将会面临一场史诗级暴跌,最低预计可以下探到200美元/公斤的史上最低。既然成本可以低到跟海运成本差不多,那么商业应用自然就会有了市场,比如星链的卫星通信,各种遥感卫星,各种定位导航服务等等。
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国内航天产业投资的高峰期发生在2019年至2021年,直到2021年至2022年,由于多家企业遭遇发射失败,商业航天经历了一个低潮。不过,从2023年开始,因为国家政策层面开始加大扶持力度,资本市场对商业航天的热度显著升温,不少政府引导基金和对政策比较敏锐的基金重点关注航天产业。
从融资轮次上看,2022年—2023年,近五成融资事件处于股权融资,有160起;A轮23起,占比6.91%;早期融资,如种子轮及天使轮共计42起,占比12.61%。整体上还是偏早期的阶段,距离SpaceX的盈利水平还有相当大的差距。
航天事业烧钱程度跟汽车相比不遑多让。重资产运营之下,前期资金需求量巨大,依赖对外融资。航天十二院战略规划推进部测算,巨型的互联网星座建设如OneWeb、StarLink 等建设规模达千颗卫星,其资金需求在百十亿美元左右。建设规模在百颗卫星级别的星座,资金需求也在 30 亿美元左右。因此,商业航天想要越过死亡谷(创业企业在获得正向现金流之前的一段盈亏曲线),需要不小的资金储备。另据卫星与航天市场研究与咨询公司 NorthernSky Research 的预测,全球只有18%的星座能走到发射阶段,少数公司具备卫星发射能力。
2023年,星链业务的收入是42亿美元,而火箭发射业务的收入是35亿美元,SpaceX与其说是一个火箭公司,不如说是一个电信服务商,只不过他们不建基站和铁塔而已。现在SpaceX在全球已经有了230万付费用户,大多数都在美国——美国拉垮的基建反而成了星链发育的热土,毕竟中西部平原里的农场主们也是有上网需要的,美国电信肯定不会给他们专门修铁塔,但马斯克的卫星在这个时候可就太有用了。
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而在国内市场则是各家通信运营基建过剩的局面,卫星通信相对昂贵的价格恐怕也只能在某些特殊场景下有应用需求。所以学习马斯克而不能复制马斯克,国内有国内的需求场景,比如这几年蓬勃发展的新能源汽车,在智能驾驶方面也有相当大的通信和定位导航需求,以及造船行业。因此国内商业航天是不缺乏应用场景的,缺的是资金和技术积累。
笔者之所以采用“一超多强”格局这个说法,是因为目前除了马斯克的SpaceX,国外也没什么像样的航天公司,相对来说国内航天火箭公司成绩算不错了。
美国同期新兴火箭公司除了SpaceX一枝独秀以外,其它企业的表现均不完全尽如人意。火箭实验室:发射9次,失利1次。作为2006年就已经成立、技术实力仅次于SpaceX的老手,入轨总运力仅与我国2018年成立的星河动力相当。维珍轨道:发射1次,失利,公司随后于2023年5月宣告破产。群星公司:无发射。萤火虫航天:发射2次,1成1败。
2023年2月,欧洲阿丽亚娜火箭项目的高级副总裁就在美国加州召开的国际微小卫星会议上吐槽SpaceX低价高频发射卷走了太多订单,让同行无钱可赚。
国内相对来说,还是有一批不错的火箭公司。中科宇航:2023年6月7日,使用力箭一号固体火箭将26颗卫星送入预定轨道,创造了我国当时的“一箭多星”数量纪录;2024年1月23日,中科宇航再次成功发射一枚力箭一号。蓝箭航天:2023年7月12日,朱雀二号遥二液氧甲烷火箭问鼎苍穹,开启人类使用天然气探索太空的新历史;12月9日,公司又发射朱雀二号火箭将3颗卫星送入太空;2024年1月19日,使用VTVL-1试验平台成功进行了我国截至目前技术水平最高的火箭垂直起降试验,飞行高度300米、水平移动100米、发动机最大推力近80吨,首飞即达到SpaceX第6次同类试验的水平。
写在最后
根据中商产业研究院数据,2019-2023年期间,我国商业航天市场规模总体呈逐年增长态势,由0.84万亿元增长到1.94万亿元。商业航天这个万亿市场,涉及不止是火箭公司、还有卫星制造和运营,以及半导体、通信、材料、导航、遥感等等。靠的不是某一家伟大的公司,而是行业的平均木板有多高,是否处于良币驱逐劣币的状态。
在2023年末,我国航天事业领头羊航天科技集团官方也发文指出:“对标SpaceX,(集团)整体上大而不强、大而不优,这与我们在航天领域率先实现强国目标还相去甚远。”不少人士认为,我国航天技术的最骨干单位如此放低姿态,说明无论央企还是民企都应正视与国外先进水平的差距,当谦虚谨慎,脚踏实地。
参考资料:
中国商业航天十年,如何越过“死亡谷”  来源:出行一客
SpaceX何以实现超越中国航天的性价比 来源:星海情报局
天龙三号事故复盘 来源:底线思维
一枚意外爆炸的火箭 来源:知识分子
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