文/松堂

有人會(huì)說(shuō)，如今的火箭技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟了，早期火箭研制當(dāng)中所面臨的那些基礎(chǔ)性原理性的問(wèn)題有很多已經(jīng)解決了，而且相關(guān)的知識(shí)都寫在了公開(kāi)出版的圖書(shū)當(dāng)中；火箭研制的這些技術(shù)人員也并不都是新手，其中有很多人在傳統(tǒng)火箭研制單位當(dāng)中從業(yè)多年，有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，那么為什么還會(huì)一次次地發(fā)生失敗呢？這種情況還要從多方面進(jìn)行分析。

▲ 第一枚“電子號(hào)”火箭從新西蘭瑪西亞半島發(fā)射場(chǎng)升空

“學(xué)費(fèi)”省不得

小型火箭失敗了這么多次，就會(huì)讓人有一種奇怪的感覺(jué)，似乎研制這種東西，和研制大型、重型火箭一樣困難。其實(shí)這是前期投入不足的后果。小型火箭在研制上還是要比大型火箭容易的。至少，要研制出一枚可以打到天上正常入軌的小型火箭，要比研制大型火箭容易很多。

正是因?yàn)橄鄬?duì)容易，所以相當(dāng)多小型火箭研制企業(yè)出現(xiàn)了投入不足的情況。無(wú)論是研制者還是投資方都會(huì)這樣認(rèn)為：既然小火箭的個(gè)頭小，發(fā)動(dòng)機(jī)也小，那么少花點(diǎn)錢也可以把它搞出來(lái)嘛！

這種想法定性上雖然沒(méi)錯(cuò)，但是應(yīng)該少到什么程度，有哪些錢是一定要花的，哪些錢不能省，就是一個(gè)非常微妙的問(wèn)題。

在過(guò)去幾年發(fā)射的所有小火箭當(dāng)中，如果不算中國(guó)的“長(zhǎng)征十一號(hào)”，成功率比較高的其實(shí)就只有一種，就是美國(guó)火箭實(shí)驗(yàn)室公司的“電子號(hào)”。

電子號(hào)火箭的主要研制工作是在新西蘭完成的。新西蘭的總體消費(fèi)水平比較低，而且在進(jìn)行火箭試射的時(shí)候，得到了當(dāng)?shù)剞r(nóng)場(chǎng)主的積極支持，幾乎是免費(fèi)為其提供了一塊位置絕佳的發(fā)射場(chǎng)。而且在新西蘭進(jìn)行試航驗(yàn)證，跑各種各樣的行政手續(xù)要比美國(guó)容易得多。畢竟新西蘭是一個(gè)小國(guó)，政府架構(gòu)比較簡(jiǎn)單。

同樣一筆錢要是在美國(guó)進(jìn)行火箭研制，那恐怕就要差得遠(yuǎn)了。美國(guó)不但消費(fèi)水平比較高，而且行政成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)新西蘭。包括軍方、聯(lián)邦航空管理局、環(huán)保單位、地方行政部門、勞工部門、工會(huì)甚至一些環(huán)保團(tuán)體，都要對(duì)火箭研制和發(fā)射活動(dòng)插上一手。我們并不是說(shuō)這樣的行政程序是沒(méi)有價(jià)值的，它可以防止對(duì)美國(guó)來(lái)說(shuō)最差的結(jié)果，比如火箭技術(shù)流失到國(guó)外、火箭引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題等等，但是這畢竟增加了成本。

其實(shí)“交學(xué)費(fèi)”這種事情，無(wú)論對(duì)于商業(yè)公司還是國(guó)家隊(duì)來(lái)講，情況都是一樣的。如果把時(shí)鐘撥回到上世紀(jì)50年代，考察一下美國(guó)陸?？杖姲l(fā)起的各種火箭研制項(xiàng)目，就會(huì)發(fā)現(xiàn)在那段時(shí)間里美國(guó)的火箭發(fā)射幾乎全都失敗，成功的只是少數(shù)。如果考察一下蘇聯(lián)同時(shí)期的火箭發(fā)射，會(huì)發(fā)現(xiàn)失敗的次數(shù)也非常多。假如我們把時(shí)光回溯到更早的年代，到二戰(zhàn)末期的納粹德國(guó)看一看，就會(huì)發(fā)現(xiàn)馮·布勞恩在研制A4 火箭時(shí)遇到了種種問(wèn)題，他所遭遇到的發(fā)射失敗比其他任何人都多。

▲ 火箭實(shí)驗(yàn)室公司的測(cè)控設(shè)施很簡(jiǎn)單

▲ “電子號(hào)”位于新西蘭瑪西亞半島的發(fā)射場(chǎng)

商業(yè)化帶來(lái)的新問(wèn)題

小火箭的成功率不高，還和商業(yè)化這個(gè)概念有直接的關(guān)系。

早期“國(guó)家隊(duì)”的火箭研制是為了解決有無(wú)的問(wèn)題，只要能夠把衛(wèi)星送到軌道上就可以，哪怕以比較低的運(yùn)載效率付出比較大的代價(jià)，也是可以接受的。但是商業(yè)火箭是要講求效益的，要在成本和發(fā)射能力之間做到最佳的平衡，盡量降低單位質(zhì)量的發(fā)射成本。與此同時(shí)，可能還要滿足關(guān)于快速響應(yīng)、不指定地點(diǎn)發(fā)射等等復(fù)雜的要求，這給火箭設(shè)計(jì)師們帶來(lái)了全新的課題。

所以，如今的小火箭公司們，還得從頭“交學(xué)費(fèi)”。

當(dāng)然了，“交學(xué)費(fèi)”是一件說(shuō)起來(lái)很輕松的事情，但火箭的飛行成本是非常高的。我們就算按照近地軌道發(fā)射成本每千克1 萬(wàn)美元來(lái)計(jì)算，一枚小型火箭的成本怎么也要按照百萬(wàn)美元來(lái)計(jì)算。小火箭的發(fā)射成本甚至可能達(dá)到每千克3 萬(wàn)多美元。而且火箭只要飛行失敗就會(huì)掉在地上，變成一團(tuán)毫無(wú)用處的殘骸，并不像汽車那樣壞了修修還能繼續(xù)使用；也不像飛機(jī)那樣，只要迫降回來(lái)就可以修理修理，重新上天。只要失敗一次，這幾百萬(wàn)美元就化作灰燼了，這樣昂貴的學(xué)費(fèi)并不是每個(gè)企業(yè)都交得起的，也不是每個(gè)投資機(jī)構(gòu)都舍得花出去的。

所以商業(yè)企業(yè)研制小型火箭，恐怕還要經(jīng)過(guò)一個(gè)更加漫長(zhǎng)的歷程。哪家企業(yè)是“千里馬”，哪家企業(yè)能夠遇到自己的“伯樂(lè)”，哪家企業(yè)就能走到最后，把這個(gè)行業(yè)真正支撐起來(lái)。

用什么燃料的問(wèn)題

美國(guó)的幾家小火箭研制商，不約而同地采用了液體燃料的方案，這也是早期失敗率比較高的主要原因。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，雖然它能夠?qū)崿F(xiàn)更大的運(yùn)載能力，但是也對(duì)制造者的工藝水平和質(zhì)量控制能力提出了更高的要求。

那么為什么這些企業(yè)不像中國(guó)的小型火箭創(chuàng)業(yè)者那樣，在早期先采用固體火箭來(lái)實(shí)現(xiàn)突破呢？最主要是因?yàn)樵诿绹?guó)能夠用于宇航發(fā)射的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)被諾斯羅普·格魯曼公司壟斷，而諾·格公司對(duì)于承接這種業(yè)務(wù)是沒(méi)有什么興趣的。

這家公司的固體火箭部門正忙于美國(guó)軍方的導(dǎo)彈業(yè)務(wù)。美國(guó)軍方現(xiàn)在的大型遠(yuǎn)程導(dǎo)彈項(xiàng)目比較多，其中規(guī)模最大的，就是空軍的下一代陸基戰(zhàn)略威懾洲際核導(dǎo)彈項(xiàng)目。估計(jì)項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)超過(guò)1000 億美元。另外，在高超音速導(dǎo)彈領(lǐng)域，陸海空三軍都有各自的研發(fā)項(xiàng)目，他們都要用大直徑固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為助推器。這些訂單數(shù)量大、金額高，要求復(fù)雜，諾·格公司承接這些合同就足夠吃飽飯了，哪里有精力和興趣接待那些只買得起一兩發(fā)火箭的小公司？

另外，這些企業(yè)和諾· 格公司之間存在著直接競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，諾·格公司自己也有小型運(yùn)載火箭的項(xiàng)目，也就是從軌道科學(xué)ATK 公司那里收購(gòu)來(lái)的幾個(gè)型號(hào)，包括“飛馬座”和“人牛座”兩種運(yùn)載火箭。其中飛馬座火箭在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，都是美國(guó)唯一也是世界上唯一的空射運(yùn)載火箭，直到維珍軌道公司的“發(fā)射器一號(hào)”取得成功，才打破了這樣的壟斷。

▲ 軌道科學(xué)ATK 公司的飛馬座-XL 火箭被推入廠房

美國(guó)是一個(gè)私有制為主的國(guó)家，諾·格、波音、洛·馬這樣的私營(yíng)軍火公司沒(méi)有義務(wù)像中國(guó)的國(guó)有企業(yè)那樣，執(zhí)行國(guó)家政策，扶持小型商業(yè)公司。那么在這樣的情況下，小型火箭企業(yè)怎么可能指望得上讓諾·格公司來(lái)支持自己。而且通過(guò)諾·格公司訂購(gòu)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的成本并不低，一旦形成了供應(yīng)鏈依賴，那么萬(wàn)一某個(gè)公司到了某個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，諾· 格卻忽然宣布自己因?yàn)楫a(chǎn)能問(wèn)題或者是其他什么問(wèn)題不能再供應(yīng)了，那這些小火箭公司豈不是欲哭無(wú)淚嗎。

當(dāng)然早期也有一些創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)試圖自己突破較大直徑固體運(yùn)載火箭的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)，但事實(shí)證明這種東西需要太高的專業(yè)技能。早在2017 年，桑迪亞實(shí)驗(yàn)室、夏威夷大學(xué)和Aerojet火箭公司的超級(jí)斯屆比火箭就采用了自己開(kāi)發(fā)的固體發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭升空后沒(méi)有多久就炸成了一團(tuán)煙火。這主要是因?yàn)?，大直徑固體發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)藥柱的鑄造質(zhì)量有著很高的要求，特別是在溫度變化之后，藥柱本身不能夠出現(xiàn)裂縫。萬(wàn)一有那么一道裂縫就會(huì)導(dǎo)致燃燒面積陡然增大，造成燃燒室內(nèi)的壓力突然升高、火箭爆炸。這樣的工藝和經(jīng)驗(yàn)是需要在一次次的失敗當(dāng)中摸索和學(xué)習(xí)的，并且需要為之配備龐大而復(fù)雜的工藝設(shè)備，這些創(chuàng)業(yè)企業(yè)哪里有如此多的投資來(lái)做這種事情呢。

被大火箭搶飯碗的問(wèn)題

人們之所以要研制小型運(yùn)載火箭，不僅僅是因?yàn)檫@些火箭看上去很便宜，有的時(shí)候也是為了能夠讓一些有效載荷可以更快地進(jìn)入太空，不需要等待大型火箭的“班次”。等待大型火箭的發(fā)射機(jī)會(huì)有時(shí)可能要耗掉一年以上的時(shí)間，等上兩年三年也不是不可能的事情。這種等待對(duì)于很多小型機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)是沒(méi)有辦法接受的。

我們都知道，作為商業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，等上兩三年，可能千辛萬(wàn)苦融來(lái)的資金就用完了，導(dǎo)致整個(gè)創(chuàng)業(yè)計(jì)劃失敗。對(duì)于許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，碩士研究生的學(xué)制也不過(guò)是一兩年，博士研究生三到五年，如果僅僅是為了等衛(wèi)星發(fā)射獲取數(shù)據(jù)就要用掉兩三年，那么這個(gè)學(xué)位也不用再拿了。

所以，可以更快地進(jìn)入太空，或許是小型運(yùn)載火箭的最大價(jià)值。當(dāng)然這也帶來(lái)了另外一方面的問(wèn)題：如果有一家大型運(yùn)載火箭制造商，能夠?qū)崿F(xiàn)更快的發(fā)射頻率和航班化的運(yùn)行，那么，小型運(yùn)載火箭是不是還有自己的生存空間呢？

正如美國(guó)太空探索技術(shù)公司所希望做到的那樣，如果獵鷹9 號(hào)火箭能夠每?jī)蓚€(gè)星期發(fā)射一次，確保次次成功，它的每一次飛行都能夠搭載幾十顆甚至上百顆小衛(wèi)星，那些希望通過(guò)小衛(wèi)星創(chuàng)業(yè)或者開(kāi)展科學(xué)研究的機(jī)構(gòu)，就不需要再去考慮購(gòu)買小型火箭發(fā)射服務(wù)這種問(wèn)題了。

至于獵鷹9 號(hào)火箭是不是能夠確保每一個(gè)衛(wèi)星業(yè)主所想要進(jìn)入的預(yù)定軌道，這種事情也不必?fù)?dān)心。因?yàn)檫€有另外的機(jī)構(gòu)正在開(kāi)發(fā)所謂的“太空輪渡”業(yè)務(wù)，把衛(wèi)星發(fā)射到軌道上之后，這些實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于火箭上面級(jí)的航天器就會(huì)飛過(guò)來(lái)把小衛(wèi)星捉住，然后用電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)，把它們送到預(yù)定軌道上去。到那時(shí)候，可能人們就不需要再研制太多小火箭了吧。

▲ 準(zhǔn)備發(fā)射的超級(jí)斯屆比火箭