【文/观察者网专栏作者 高天伟】

当地时间3月30日,总部位于德国慕尼黑的伊萨尔航天(Isar Aerospace),在挪威北部安多亚(Andøya)发射场实施了自研光谱号(Spectrum)运载火箭首次飞行试验。这是欧洲第一次在境内开展入轨发射(苏联/俄罗斯除外),也是欧洲新兴民营火箭公司头一回尝试这类任务。但很遗憾,火箭在起飞后仅十几秒即告姿态失控,随后发动机关闭,箭体坠落,任务失利。

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光谱号火箭起飞、失控和坠落的画面。本次发射没有搭载任何卫星,火箭爆炸也没有波及发射台,倒是避免了更大损失。

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伊萨尔发布的情况说明,开头便是What a success! (多成功啊!)这就有点让人难绷。火箭没搞定,“赢学”倒信手拈来。

先前,美国和中国的民营初创企业已经分别于2008年和2019年实现了发射卫星的梦想。现在欧洲选手终于出场,而光谱号甚至先于我国产品,在实际飞行中检验了可复用火箭流行的一级九台发动机并联设计。此前一度有猜测,光谱号试飞是否意味着欧洲有可能先于我国掌握火箭复用技术?欧洲新兴企业未来会不会改变全球商业航天市场格局?现在看来,颇有些路漫漫其修远兮的味道。

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光谱号火箭

光谱号是小型运载火箭,全长28米,直径2米,可以将1吨载荷送入地球轨道。这一运力指标在全球新兴民营火箭中处于中下水平,不仅与SpaceX、蓝色起源等美国巨头存在天壤之别,也无法与我国蓝箭航天、天兵科技、东方空间、中科宇航等公司运力超过1.5吨的成熟产品相提并论。

不过,光谱号有两个独具特色的设计:

第一,火箭采用了液氧丙烷燃料组合。丙烷是日常生活常见的液化石油气重要组成部分,其作为火箭燃料的性能与当前全球主流的甲烷和煤油相当,但具有凝固点低于液氧沸点的优点,因此液态丙烷和液氧之间可以不做隔热,从而减轻火箭贮箱结构重量。不过,丙烷燃料也存在泄漏后不易扩散、易引发爆炸的缺点。液氧丙烷燃料组合的实用性还有待实践观察。

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今年2月进行地面点火测试的光谱号。

丙烷还有一个优点:可由生物燃料工艺大规模制取。生物燃料的碳元素主要取自当代大气,燃烧后几乎不会增加大气温室气体含量,因此生物丙烷比取自化石燃料的煤油和甲烷更加环保(出于气体纯度和制造成本的考虑,航天几乎不使用生物沼气甲烷)。不过,航天活动对大气的影响本来就微乎其微。即便是星舰那样的巨型火箭,单次任务制造火箭和燃烧燃料所产生的碳排放,也就相当于一座加油站一年所售燃油。因此,环保概念更多是欧洲人的噱头(现在他们自己也不太提了)。

第二,光谱火箭采用了在一级上并联安装九台发动机的设计。多机并联(5台以上)是目前唯一实用的火箭回收技术——垂直回收的必要设计,而我国尚未开展过多机并联飞行测试,甚至没有进行过完整的地面点火试验。光谱号的首飞,使得欧洲“好像在相关技术上领跑了一回”。

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九机并联的光谱号火箭。

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火箭返回着陆时,绝大多数燃料已经消耗,箭体重量可能只有出发时的10%左右,而精准的着陆,又要求发动机推力不能超出箭体重量太多,因此在箭体内并联安装多台发动机就成为火箭设计师的理想选择:起飞时多台发动机一起工作,可以产生较大推力;着陆时,仅点燃中间的单台发动机,尽量减小推力以便于控制。图为美国猎鹰火箭着陆。

那么,欧洲真有可能先于我国,掌握火箭复用技术?

现在看来,可能性不太大。

首先,多机并联只是火箭复用的必要条件,而非充分条件。动力系统之外,火箭回收复用还对制导与控制、燃料管理、增压输送、防热和气动等多个领域提出了苛刻要求,它们同样是必要条件,但截至目前,欧洲还没有系统开展过以回收复用为目的的火箭飞行试验。反观我国,去年航天八院和蓝箭航天先后成功完成了10公里高度级别的火箭垂直起降试验,技术实力稳居美国以外的最高水平。

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2024年9月11日,进行10公里高度飞行测试的我国蓝箭航天朱雀三号VTVL-1可重复使用垂直起降回收试验箭。

其次,商业潜力也是光谱号之类小型火箭复用的掣肘。对于商业航天公司,火箭复用只是手段,利润才是目的。火箭复用需要预留一定燃料用于着陆控制,这会削弱其入轨运力;火箭越小,被削减运力占比越高。例如美国猎鹰9号中大型火箭,复用仅造成20%左右运力损失,而类似光谱号的小火箭,复用会导致运力缩水50%以上。根据当前市场报价,这样比例的损失已经抵消火箭复用所节省的成本,得不偿失,这也难怪伊萨尔甚至没有明确计划复用光谱号火箭。

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理论上,光谱号之类小型火箭也可以改用降落伞回收,以减少运力损耗,不过相关技术与实用尚有距离。 图为光谱号火箭在挪威安多亚发射场的渲染图。

事实上,伊萨尔的实力,也离开发出实用化可复用火箭尚有较大距离。光谱号使用的是单台推力仅7.5吨的小型发动机,其九机并联的总推力也不过68吨,仅与我国首款入轨的民营发动机——蓝箭航天天鹊12单台推力相当,而天鹊12目前已经被推力更大的产品替代。

我国多机并联火箭目前暂时没有试飞,主要在于我国企业基本都着眼于攻克难度更大、但实用性也更强的中大型多机并联火箭,包括航天科技集团的长征十号、长征十二号A、长征十二号B,蓝箭航天朱雀三号,星河动力智神星一号,天兵科技天龙三号,星际荣耀双曲线三号等。这些火箭入轨运力都接近或者超过10吨,预计未来一到两年内就将陆续首飞。

因此,伊萨尔的这次试验就算成功,也属于“田忌赛马式领先”,或许对其讲故事、融资有一定帮助,但没有改变全球航天技术格局,更何况实际上火箭刚刚离地就失控了。欧洲新兴火箭公司与我国同业相比,技术实力尚有距离。

不过,欧洲还是对这些火箭新势力寄予厚望。在伊萨尔的股东名单上,除了一众欧洲风投机构和个人,空中客车和保时捷也赫然在列。在这些投资人眼中,伊萨尔甚至被拔高到捍卫欧洲在航天领域独立能力和价值观、对抗其它竞争者的地位(It enables European space tech to actively enforce its own values and legal concepts against others operating in this field.)。

这也可以理解。毕竟眼下欧洲能够直接掌控的运载火箭,只有昂贵而笨重的阿丽亚娜6号,以及不温不火的小型固体火箭织女星C。面对美国SpaceX“泰坦尼克式运力、共享单车式成本”的倾销,欧洲几无还手之力,但近年国际形势变幻,已经深刻说明欧洲作为世界有影响力的一极,不可以将包括航天在内的战略能力寄于他人。欧洲需要太空新势力,需要这些新面孔至少以鲇鱼之势,搅动和改造当前僵化而分散的航天资源。

光谱号火箭无论成败,都将促进欧洲新兴商业航天的发展。至于欧洲能否在美中两大重量级选手之外闯出一片天地,时间会给出答案。

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