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天龙三号一子级火箭坠落背后我国民营航天现状如何?

6月30日,河南省巩义市发生一起火箭升空后坠落起火事故。这枚火箭,是由北京天兵科技有限公司(以下简称“天兵科技”)自主研制的天龙三号液体运载火箭一子级火箭。

天兵科技是一家中国民营商业航天公司,出事的天龙三号具体主要承揽什么工程?我国民营航天现状如何?

罕见的试车变试飞 天兵科技致歉

6月30日下午,多名网友发视频称,河南省巩义市发生巨响,有物体从空中坠落并在落地时疑似发生爆炸。多段视频显示,火箭坠落后掉入深山中,产生了比较巨大的火球,从当地居民居住的地方能清晰看到火箭坠落经过,因此有网友怀疑火箭坠落地点距离居民区并不远。

当日,天兵科技发布情况说明称,6月30日下午3点43分,该公司自主研制的天龙三号液体运载火箭在河南巩义市综合试验中心开展了一子级九机并联动力系统热试车。试车过程中,一子级火箭正常点火,发动机推力达到820吨,因箭体与试验台连接处结构失效,一子级火箭脱离发射台,在升空后,箭上计算机主动关机,火箭跌落在距离试车台西南1.5公里的深山中,箭体跌落山中后解体。试验前已组织周边人员撤离,经排查,无人员伤亡。

7月2日,天兵科技官方微博就火箭坠落起火事件发布致歉信称,此次坠落箭体散落在大山深处的安全布控区内,虽未造成人员伤亡,但仍对试验基地周边居民的生活造成了不必要的困扰和负面影响。天兵科技表示,公司于试验当天提前启动了应急响应机制,目前正协同当地政府开展针对周边受损房屋的勘查、鉴定与赔付。公司将确保每位因试验故障遭受财产损失的居民都能得到及时、高效且公正的赔偿。

火箭动力系统试车又被称为“不起飞的点火”,是将正在研制过程中的火箭安装在试车台上,通过点火的方式,让包括发动机在内的各项动力系统联合工作若干秒,来验证火箭设计的准确性,并发现火箭研制过程中存在的问题,是火箭最接近飞行状态的一项试验。试车不是试飞,通常会用多根钢缆加配重把火箭固定住。火箭发射失败并不罕见,但火箭在试车时因为没固定住而飞出去,在航天史中是非常罕见的。

航天业内专家:属低级失误,固定火箭的技术并不难

曾在一所航天研究院担任过副主任设计师的张先生表示,通报中所提到的“因箭体与试验台连接处结构失效”而导致火箭升空,可以说在火箭动力系统试车过程中,属于比较低级的失误。张先生解释,在火箭试车时,需要通过固定把火箭“压”在试验平台上,而固定火箭的技术其实并不难。

北京一所火箭设计院的工作人员刘先生告诉记者,这类失误属于比较低层次失误。“火箭发动机在试车时,它的推力有多大,它的试验装置对火箭的限制力有多大,都需要提前计算好,出现这样的问题有可能是前期的复算没有到位,导致装配试验装置出现问题。说白了就像你牵马没有拉住缰绳,让马挣脱跑出去了是一个道理。”

张先生表示,其实火箭的试车平台并非一定要建在地广人稀的地方,他举例说,在北京就有大型的火箭试车平台,“试验平台和发射场不同,只要符合要求,例如产生的噪音不超标,就可以建试验平台,但是建设的前提都是火箭被固定在试验平台上,不会飞出去。”张先生说,火箭试验平台建设需要特别的地形,比如在山坳里。像我国西北很多地广人稀的戈壁并不符合此类要求,而且还需要考虑运输成本、科研成本等等。

刘先生分析说,此类试验是为了检测火箭发动机的满载性能,一般会开足马力,因此燃料注入可能也是比较满的,一旦发生坠落还是有很大的危险性。

天龙三号原定的发射计划估计会受到影响

公开资料显示,天兵科技成立于2019年,是一家中国民营商业航天公司,公司主要致力于研发新一代液体火箭发动机及中大型液体运载火箭,其天龙系列液体运载火箭备受瞩目。其中,天龙三号是天兵科技为我国卫星互联网星座建设量身定制的大型液体运载火箭,产品性能对标SpaceX的猎鹰9号,按计划将于2024年7月完成首飞任务。

公开资料显示,天兵科技创始人、董事长康永来科班出身,本科、硕士、博士都是飞行器设计专业。毕业以后,他正式进入中国航天科技集团,主持过长征十一号和捷龙一号运载火箭的总体设计工作。在体制内干了20年以后,康永来离开国家队加入商业航天公司,后又在2019年成立了天兵科技。

今年4月9日,胡润研究院发布了《2024全球独角兽榜》,其中天兵科技首次上榜,排名全球第495位,并荣登中国商业航天榜首。

此次事故发生后,外界都担心,天龙三号原定的7月份发射计划会受到影响。

据北京天兵科技有限公司此前发布的消息,天龙三号大型液体运载火箭为我国卫星互联网星座建设量身定制,其直径3.8米,起飞质量590吨,近地轨道运力高达17吨,太阳同步轨道运力也达到14吨,可率先实现国内一箭30星以上的群打能力。

7月1日,天兵科技相关负责人告诉记者,“(天龙三号)发射计划应该是有所调整,现在一切要等具体的原因排查,(看)面临的研发任务节点有多大。每一个成功的背后都要有大量数据的积累、试错,才能往前更进一步。”

此次意外坠落起火事故,令人惋惜之余,也将天兵科技乃至整个民营商业航天领域推向舆论风口浪尖。记者梳理发现,2023年,我国共进行了67次入轨发射,其中民营商业航天公司发射13次,占比为19.40%,这一数字相较于2022年的5次发射有了显著增长。面对航天行业的蓬勃发展态势以及日益激烈的市场竞争环境,这些民营商业航天公司的未来发展之路备受关注。

>>释疑解惑

为啥还要“民间队”造火箭?

我国航天发射“星多箭少”的局面尤为紧迫

航天是高技术、高投入、高风险的创新赛道,国家队是绝对主力,再去发展民间队还有必要吗?

实际上,航天国家队和民间队走的是差异化竞争道路。国家队的任务是举国家之力攻克某一项世界尖端领域或国家级特别重大项目。在载人航天、探月工程、深空探测等国家重大航天任务中,国家队的主导地位和作用不会改变。民间队则是国家队的有益补充。近年来,随着微小卫星市场蓬勃兴起,卫星被广泛应用于国计民生领域,但我国航天发射“星多箭少”的局面尤为紧迫。比如,6G网络建设亟需卫星组网;遥感卫星在基础设施测绘、环境监测等领域不可或缺;在海陆空交通运输、精准农业、智慧城市等建设中,导航卫星需求很大。发展民间队,能够弥补国家队火箭谱系中的空白并形成差异化竞争,提高中国航天上天的效率。

民间队造火箭有啥不一样?

中科宇航公司副董事长郑军表示,民营航天企业创新力强、运营效率高,能在激烈的市场竞争中快速反应,适应不断变化的市场需求。比如,业内需要5年至6年时间才能完成的研发,“力箭一号”运载火箭只用了3年时间。这是因为团队从组建初期就牢固树立市场化思维,以市场需求驱动技术创新。民营航天企业的参与还可以降低我国航天事业发展的成本。星河动力(北京)空间科技有限公司创始人刘百奇告诉记者,星河动力致力于打造新一代低成本、高可靠的商业运载火箭,提升进入太空的能力。

民营航天飞速发展,离不开国家政策大力支持。

国务院发布的《2021中国的航天》白皮书明确提出,促进商业航天快速发展,扩大政府采购商业航天产品和服务范围,推动重大科研设施设备向商业航天企业开放共享,支持商业航天企业参与航天重大工程项目研制。2023年,国务院发布《中共中央国务院关于促进民营经济发展壮大的意见》,继续加大对民营航天的支持力度。

蓝箭航天公共事务部总经理张静茹表示,国家对民营航天的支持在部分设施的开放、发射场的支持和科研项目的扶持中都有所体现。比如,在解决火箭发射的保障问题时,酒泉卫星发射中心给予了民营航天企业很大支持。

随着民营航天企业竞争日益激烈,行业也出现一些新问题,比如,低质量重复研发投入、技术突破缺乏后劲等。张静茹表示,在今后的发展中,民营航天企业必须更严谨、更扎实。不能走复制、仿制以及买核心部件的旧路,必须依靠自主创新。

“民间队”航天现状如何?

产业链尚未形成,仍然处于从0到1的阶段

在航天工业早期发展过程中,航天是独立于工业体系的。一家航天配套企业长期按照国家任务来做资源配置和生产决策,服务单一客户,采用单一客户的生产和质量管理体系。如今,部分企业随着市场需求的引领,准备重新开发一套适用于民品的生产流程,就必须适应市场和客户的需求——这并不是一蹴而就的事。

早期,对于非航天体系的企业来说,由于体系之间的隔离,对航天产品的要求并不熟悉,短期内也很难达到商业航天所要求的高可靠、高保障的生产体系,也需要在总体设计公司的牵引之下,逐步满足市场的要求。

迄今为止,民营航天产业链尚未完全形成,仍然处于从0到1的阶段。

不过,经历了初期的跌跌撞撞之后,蓝箭航天在摸索供应链的过程中,逐渐找到了自己在民营航天中的定位。公司下一步的方向,仍是带动更多的供应商匹配公司的运营节奏。

天兵科技董事长康永来也认为,公司最终的目标是实现面向多行业的、以性价比为目标的社会化大采购,但是目前下游卫星发射还没达到放量的阶段,企业实现社会化大采购还需要一个过程。

“民间队”造火箭怎么赚钱?

关键因素在于成本要足够低

判断火箭商业效益的重要指标之一是发射成本。根据SpaceX企业官网数据,目前全球航天平均发射成本在10000美元/kg—20000美元/kg之间,SpaceX的猎鹰9号是全球最便宜的,达到2720美元/kg的水平。

天兵科技董事长康永来告诉记者,天兵科技制造的“天龙三号”火箭已经把价格成本降低到人民币20000元/kg,成本效益已高于全球平均水平。

蓝箭航天一位负责人称,他们的“朱雀二号”运载火箭的最终目标是把发射价格控制在人民币40000元至50000元/kg之间,接下来要发射的“朱雀三号”火箭将进一步把成本降到人民币20000元/kg。

蓝箭航天的负责人称,过去,公司火箭产品的多项分系统和零配件来自航天科技体制内,经过公司多年对供应链的重构,火箭在多个分系统结构件方面引入了民营供应商。目前,公司已经将整体制造成本降低了约30%。

根据中航证券提供的数据,2020年—2025年,用于通信的小卫星(包含微小卫星)的需求约有1664颗,用于遥感的小卫星(包含微小卫星)的需求约有450颗。国内目前有两大卫星互联网发射项目,数家民营火箭公司将服务于上述项目。

要完成中国卫星互联网计划,一个关键因素在于:火箭制造成本要足够低。

>>新闻背景

商业航天赛道正在升温

中国商业航天起步于2014年前后,近年来快速发展。数据显示,2023年,我国商业航天领域共发生融资约170起,合计披露金额超185亿元。据艾媒咨询的数据显示,中国商业航天市场规模自2015年以来保持高速增长,2017年—2024年年均增长率保持在20%以上,预计2024年商业航天市场规模约达2.34万亿元。仅今年以来,天兵科技、珏芯微电子、航天驭星、深蓝航天等10余家航天企业单轮融资金额超过1亿元。

2024年政府工作报告中提到,积极培育新兴产业和未来产业,积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎。记者注意到,这是商业航天首次被写入政府工作报告。10年间,从国家部委到地方政府,相继出台支持商业航天产业发展的政策,航天领域的民企也是其中的受益者。

不过,虽然政策环境对商业航天持开放态度,但目前相关政策文件对商业航天的地位仍旧缺乏明确表述。北京航空航天大学副教授高国柱认为,在我国,对商业航天存在着不同理解。既有基于国家航天基础设施向商业市场开放、体制内企业寻求商业订单、政府采购市场化的航天商业化之说,也有主张完全按照市场机制配置资源,以营利为目的的商业航天之说。 据红星新闻、新黄河、经济日报、经济观察报等

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