吳洋洋

東方空間聯(lián)席CEO兼火箭總設(shè)計師布向偉。

東方空間二層的電子信息工程實驗室中央，擺著一張二十多平方米的大桌子，桌面上鋪滿了電子部件，相互之間通過手指粗的線纜連接著。這是“引力一號”火箭的全套地面調(diào)試設(shè)備，它跟裝在火箭上面的設(shè)備一模一樣，當火箭發(fā)射后，如果出了任何問題，工程師們就要在地面上對著這套系統(tǒng)去排查問題。

“這是計算機，也就是火箭大腦，所有指令都來自它，這是慣性組合，里面包括慣性姿態(tài)敏感器，還有控制火箭發(fā)動機搖擺的伺服機構(gòu)。”東方空間聯(lián)席CEO兼火箭總設(shè)計師布向偉對《第一財經(jīng)》雜志逐一介紹這些部件的功能。全部介紹完后，他指了指試驗室門口堆成小山的黑箱子說：“那里面是全套遙二的設(shè)備，下一發(fā)火箭就會用到它們。”“遙”是遙測的縮寫，這個習慣繼承自東風導(dǎo)彈。因為火箭、導(dǎo)彈的同一個型號會接到很多次任務(wù)，所以執(zhí)行第一次任務(wù)就叫遙一，第二次就叫遙二，依此類推。

就在今年1月11日，東方空間引力一號遙一順利發(fā)射，創(chuàng)下全球最大固體火箭、中國運力最大民營火箭、中國首型捆綁式民營火箭等多項紀錄。這則消息很快點燃了大眾的愛國熱情，登上社交媒體熱搜，甚至有不少媒體將東方空間看作中國版的SpaceX。

東方空間并不是SpaceX，相反，它是所有民營火箭公司中最不像SpaceX的那家。當其他火箭公司都在學(xué)習SpaceX，將可回收液體火箭作為研發(fā)重點時，東方空間反而拿起了被視作“過時”的固體火箭技術(shù)。

布向偉也與馬斯克截然不同。馬斯克對可回收火箭、純視覺自動駕駛等技術(shù)都有著不顧及市場的偏執(zhí)熱情，把他比作技術(shù)賭徒的話，將成熟的火箭技術(shù)重新排列組合成最適合市場需求的產(chǎn)品的布向偉，其形象更接近一位務(wù)實的火箭工匠。

歪打正著的火箭工程師

布向偉進入火箭行業(yè)一開始是誤打誤撞。2003年夏天，他最終決定將哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院的飛行器環(huán)境與生命保障工程專業(yè)作為自己的第二志愿時，并沒有預(yù)料到他未來20年的人生就此與火箭綁定在了一起。畢竟，對于這位河南洛陽的高三學(xué)生來說，那時唯一可參考的資料就是厚厚的《高考填報志愿指南》。

而在他入學(xué)前的1999年，美國眾議員克里斯托弗·考克斯（Christopher Cox）領(lǐng)導(dǎo)起草了一份將中國航天產(chǎn)業(yè)打入低谷的報告，這份《考克斯報告》指控中國竊取了美國的先進軍事技術(shù)，如核武器與導(dǎo)彈。受此影響，美國政府開始全面禁止美國的衛(wèi)星以及任何含有美國零部件的衛(wèi)星使用中國的火箭來發(fā)射。

直到入學(xué)后全程觀看了“神舟五號”航天飛船載著中國首位航天員楊利偉順利升空的直播，布向偉的航天夢想才被點燃—這時候距離他創(chuàng)業(yè)造火箭還有17年之久。

東方空間進入市場的市場并不算早，甚至可以說算晚的。早在2015年，中國發(fā)展和改革委、財政部、國防科工局聯(lián)合印發(fā)《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃》，提出支持和引導(dǎo)社會資本參與航天產(chǎn)業(yè)后，藍箭航天等第一批民營火箭公司就先后在這一年成立了。

其中，藍箭航天、天兵科技都成立于2015年，星際榮耀成立于2016年，星河動力成立于2018年。東方空間成立之前，星際榮耀甚至已經(jīng)有了成功發(fā)射的記錄，2019年7月，其研發(fā)的雙曲線一號遙一將衛(wèi)星送入近地軌道，這是民營火箭首次成功入軌。

2015年布向偉還在中國運載火箭技術(shù)研究院（以下簡稱“航天一院”）為長征十一號火箭工作。航天一院是目前中國航天科技集團旗下從事運載火箭總體設(shè)計的大型科研生產(chǎn)聯(lián)合體之一，另外一個就是通稱航天八院的上海航天技術(shù)研究院。前者包攬了長征一號、二號、三號、五號、七號、八號、十一號等火箭的設(shè)計，后者則負責了長征四號和六號。兩者都屬于火箭制造和發(fā)射的“國家隊”。

中國民營火箭元年的到來，令布向偉的創(chuàng)業(yè)熱情也被激發(fā)了出來。他發(fā)現(xiàn)，國家隊的發(fā)射供給雖然也在增長，依然跟不上快速膨脹的商業(yè)發(fā)射需求。然而絕大多數(shù)民營火箭公司，都將目光放在追趕SpaceX而不是客戶身上，這讓他意識到，或許可以在這個市場，做點不一樣的火箭。

“ 引力一號”火箭的全套地面調(diào)試設(shè)備。

造市場定義的火箭

東方空間于2020年6月正式注冊，布向偉終于要開始造自己的火箭了，擺在他面前的第一個問題是—要設(shè)計一款什么樣的火箭。這看起來是一個開放性問題，但對于處在那個時間節(jié)點的東方空間來說，選擇其實已經(jīng)不多了。

一方面，在如今依然活躍的幾家火箭公司中，他們是起步最晚的。而火箭發(fā)射是一項高成本、高風險的任務(wù)，一旦失敗，損失的金錢和時間都是巨大的，這就使得資金更愿意向有經(jīng)驗的火箭公司聚集，對于晚入場的公司非常不友好。“初期融資壓力非常大，最大的難題是—如何證明你的公司比別人更有價值？”布向偉回憶說。

另一方面，從全球角度看，隨著SpaceX不斷降低發(fā)射成本，衛(wèi)星組網(wǎng)開始邁向巨型“星座”時代，火箭公司需要具備更大載荷的發(fā)射能力，讓一箭多星成為常態(tài)。

事實上，自蘇聯(lián)于1957年將首顆人造衛(wèi)星斯普特尼克1號送入近地軌道以來，衛(wèi)星發(fā)射長期屬于“少數(shù)人的游戲”—直到現(xiàn)在，全球擁有獨立發(fā)射衛(wèi)星的能力的國家總共只有9個。截至2019年，近地軌道上僅有約3000顆衛(wèi)星，它們通常單顆獨立運作，或者數(shù)十顆組成小型網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作。例如，GPS全球定位系統(tǒng)是由31顆衛(wèi)星支持的，而提供衛(wèi)星電話服務(wù)的銥星公司也只擁有66顆現(xiàn)役衛(wèi)星。

馬斯克的星鏈計劃（Starlink）打破了局面。他于2015年首次提出要通過衛(wèi)星建立起覆蓋全球的高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，即第一代星鏈計劃，該項目預(yù)計需要總計1.2萬顆近地軌道衛(wèi)星。2019年，他提出第二代星鏈計劃，計劃要再發(fā)射3萬顆。憑借著SpaceX獵鷹九號的極高發(fā)射效率，截至目前已有6000顆衛(wèi)星被送入軌道，其中1/3是過去一年發(fā)射的，且發(fā)射的頻率還在加快。

然而，衛(wèi)星軌道資源并非無限的。用洋蔥比喻的話，地球就是洋蔥的核心，外面一層層的皮就是衛(wèi)星軌道，由于衛(wèi)星在太空中以每秒數(shù)千米的速度繞地飛行，為了確保安全，不僅各層之間要保持距離，單層內(nèi)的各個衛(wèi)星之間也要保持距離，通常來說航天器的安全距離為50公里。

其中，距離地球400到2000公里的近地軌道是稀缺資源，這個軌道上的衛(wèi)星由于距離地球近，有著信息傳輸時延小、鏈路損耗低、發(fā)射成本低等優(yōu)點。根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）的測算，近地軌道衛(wèi)星總?cè)萘考s為6萬顆，如果星鏈的4.2萬顆衛(wèi)星如期入軌，僅此一家就會占去70%的容量。

國際上，衛(wèi)星軌道資源一直以來遵循先到先得的原則。受到SpaceX的壓力，各國都不得不開始跑馬圈地，英國的OneWeb、德國的Rivada SpaceNetworks，以及中國的星網(wǎng)都在這個背景下應(yīng)運而生，而這些巨型“星座”最起碼都計劃了上千顆衛(wèi)星的組網(wǎng)。

1月11日，引力一號在山東海陽東方航天港附近海域發(fā)射升空，成為國內(nèi)第一家實現(xiàn)海上發(fā)射的民營火箭公司。

固體火箭只是布向偉的第一個產(chǎn)品，他的未來計劃同樣是做可回收火箭。

東方空間的入場時間迫使它需要在更短時間內(nèi)拿到加入游戲的資格。

東方空間的第一款火箭不僅要滿足投資人對低風險、短周期的要求，還要順應(yīng)未來客戶們對大載荷的發(fā)射需求。于是，布向偉為引力一號選擇了與其他民營火箭全然不同的構(gòu)型—一款全固體捆綁運載火箭，它由三級固體芯級捆綁四枚固體助推器組成。由于外表看起來圓墩墩的，有外國網(wǎng)友稱其為大胖小子，與其他中國民營火箭筆筒式的外觀形成強烈反差。

布向偉選擇的固體發(fā)動機其實是已經(jīng)被大部分民營火箭公司放棄的“過時”技術(shù)。固體火箭常被戲稱為大號的“二踢腳”，因為固體發(fā)動機其實就是將推進劑以固體狀態(tài)直接儲存的火箭發(fā)動機，一旦點火，只要燃料不耗盡就不會停，發(fā)射過程中也很難精細控制火箭的飛行軌跡。相比之下，液體發(fā)動機更接近我們?nèi)粘＠斫獾陌l(fā)動機形態(tài)，點火后，液體推進劑會被有計劃地輸送到燃燒室，再通過噴管排出產(chǎn)生推力。

對比工作原理后很容易發(fā)現(xiàn)，像炮仗一樣的固體發(fā)動機只能是一次性的，液體發(fā)動機如果能夠在最終落地時精細控制推力，保證發(fā)動機功能完好，那么只要再次填充燃料，就可以實現(xiàn)火箭的回收利用，這就是SpaceX可回收火箭的理論基 礎(chǔ)。

液體火箭才是面向未來的技術(shù)，布向偉很清楚這一點。但自研液體發(fā)動機難度很大，東方空間等不了那么久?！澳壳癝paceX液體火箭通過回收再利用，已經(jīng)把發(fā)射價格降到了2萬元/公斤以下，”他對《第一財經(jīng)》雜志說，“而中國其他民營公司的不可回收液體火箭的價格大約是每公斤6萬至8萬元。”

簡而言之，中國民營火箭公司想要實現(xiàn)成熟穩(wěn)定的可回收技術(shù)，并把成本降到SpaceX的水平還需要幾年時間，而這個時間差就是引力一號瞄準的機會。通過從國家隊那里采購成熟的固體發(fā)動機，將發(fā)射價格降到5萬元/公斤，東方空間就有機會在此期間借助便宜穩(wěn)定的火箭來搶占市場。

布向偉沒有像大部分民營火箭公司那樣，選擇先研發(fā)一款運載能力在百公斤級的小型火箭作為過渡，而是直接將引力一號的載荷定在4.2噸。在此之前載荷最大的民營火箭只有1.5噸，大部分型號更是不到300公斤。為了增加載荷，引力一號成了首款捆綁助推器的民營火箭，這也成為布向偉需要攻克的難點之一。

大載荷意味著要有大空間，布向偉為這些衛(wèi)星留出了100立方米的載荷空間，并且在引力一號頂部設(shè)計了一個直徑4.2米、高9.3米的整流罩，這也是中國民營火箭里最大的。整流罩就是衛(wèi)星等貨物的保護罩，當火箭穿過稠密的大氣層時，它可以保護貨物免受氣流、熱環(huán)境的傷害。

可以說，引力一號是一款主要由市場定義，而非由工程師定義的火箭。在布向偉看來，民營火箭公司的責任與國家隊不一樣，國家隊需要攻堅克難，解決科學(xué)命題；而民營火箭公司需要滿足市場需求，盡量使用成熟技術(shù)而不是最先進的技術(shù)去滿足客戶需求。

與時間賽跑

雖然確定了引力一號的構(gòu)型要采用成熟技術(shù)，對于一家剛剛成立的火箭公司來說，面臨的難題依然很多，第一個難題就是人才不夠。

決定成立東方空間時，布向偉首先盤算的就是團隊如何組建?！肮境闪r，全中國商業(yè)航天真正做過火箭設(shè)計的人并不多，也就一百來號人，分布在各個火箭公司里?！辈枷騻ッ靼淄耆揽窟@些人來造火箭明顯是不現(xiàn)實的，“核心骨干或許可以湊得齊，但其余70%的人只能在市場上找”。

但公司成立初期，甚至連核心骨干都湊不齊，布向偉只能眉毛胡子一把抓，他不止要負責總體設(shè)計，同時還要帶著社招來的新人做更細節(jié)的部段設(shè)計。在體制內(nèi)，火箭設(shè)計上每個人的權(quán)責界限都很清晰，所以部門復(fù)雜、層級眾多，有總體設(shè)計師、副總設(shè)計師，下面還有各個分系統(tǒng)的設(shè)計主任、副主任等等。但在公司里，團隊被迫扁平化，通過提升溝通效率來彌補人手不足。

“航天人的性格普遍上都厭惡風險，因為火箭是一點錯誤都不能有的，”布向偉表示組建團隊急不來，“所以最開始一些前同事也在觀望，他們需要時間來確認（東方空間）到底成不成?！钡谝荒辏麄€設(shè)計團隊只有布向偉一個是有經(jīng)驗的，第二年才有了發(fā)射支持、航電、軟件三位副總工程師的加入，直到2022年年中，如今的全部6位副總師才最終到齊。

除了缺兵少將，布向偉面對的真正難題還是火箭設(shè)計本身。在此之前，國家隊也有不少捆綁助推器的火箭，但是這些火箭只有助推器是固體發(fā)動機，芯級都是采用液體發(fā)動機，而引力一號為了趕時間，芯級和助推器都采用了固體發(fā)動機，這種構(gòu)型之前從未有過—它看起來就像二踢腳的四周綁了幾個“竄天猴”。

這種全固體捆綁式構(gòu)型最大的問題就在于推進器的分離高度太低。傳統(tǒng)捆綁式火箭的芯級都是液體發(fā)動機，它的推力比固體發(fā)動機工作時間更久，一般飛到80至90公里的高度才會面臨助推器分離；然而引力一號的芯級也是固體的，飛到40公里就面臨助推器分離，這個高度還在大氣層內(nèi)，氣動干擾還比較嚴重，助推器分離時更容易與芯級發(fā)生碰撞，導(dǎo)致空中事故。

為了解決這個問題，布向偉團隊采用了兩個方法。其一就是讓助推器與芯級分開點火，起飛時只有助推器點火，當助推器快要耗盡時芯級再點火，讓芯級與助推器產(chǎn)生速度差，并提供額外的控制力，從而降低碰撞概率。其二就是為可能出現(xiàn)的各種情況開展仿真分析，制定飛行程序方案。為此他們辯識了火箭上一千多個敏感參數(shù)，分離團隊模擬了這些參數(shù)各種可能的排列組合，并最終編制了兩個互為備份的飛行程序輸入到火箭的計算機里，它們會在預(yù)定的條件下觸發(fā)，確保火箭能夠包絡(luò)各類偏差實現(xiàn)可控分離。

布向偉面對的最后也是最關(guān)鍵的難題，就是如何節(jié)約時間。截至2 0 2 3年年末，已經(jīng)有5家民營航天公司成功發(fā)射過火箭，留給東方空間的時間越來越少了，它的成立時間比其他公司晚了幾年，可投資人只看結(jié)果。所以尋找每一個可能可以節(jié)約時間的環(huán)節(jié)成了布向偉的日常工作，其中最讓他得意的就是對助推分離試驗的改進。

所謂助推分離試驗就是在地面驗證助推器分離方案是否正確、分離過程是否順暢。為了實現(xiàn)1套產(chǎn)品完成2次分離試驗，需要對助推器做回收。傳統(tǒng)做法要求比較高，周期比較長，需要先做預(yù)試驗，搭建一整個氣囊場地、使用模擬件驗收回收裝置的正確，確保摔不壞再用真正的助推器做試驗。然而引力一號團隊采用了土辦法，首先就是預(yù)試驗不用模型，而是讓一個小型金屬結(jié)構(gòu)替代模型，通過它的墜落情況來分析是否會傷害到助推器；然后場地也不用氣囊，而是用沙堆和海綿墊替代，這又省去不少設(shè)計、生產(chǎn)和充氣時間。從結(jié)果看，試驗團隊從搭場地到完成試驗只用了兩個多月—如果按照傳統(tǒng)辦法，大概需要花半年左右才能做完試驗。

要時間還是要質(zhì)量，類似的權(quán)衡布向偉時時刻刻在做，他需要不斷用經(jīng)驗去判斷哪些環(huán)節(jié)的質(zhì)量是可以為了省時間而打折扣的。最終，引力一號從設(shè)計到發(fā)射前后只花費了約三年半，而一款火箭常規(guī)的研發(fā)時間是5到6年。

2024年1月11日13時30分，引力一號在山東海陽東方航天港附近海域發(fā)射升空。十余分鐘后，三顆云遙一號氣象衛(wèi)星準確入軌，布向偉的構(gòu)型成功了。

“其實前一天晚上，我想得最多的不是成功，而是失敗，”他對《第一財經(jīng)》雜志回憶說，“因為成功就簡單了，你倒頭就睡也沒人會管你，但失敗了要怎么面對團隊、面對投資人？”

不過，讓布向偉安心的一點是，他的Plan B已經(jīng)就位了。在已經(jīng)發(fā)射的火箭之外，他準備好了引力一號的遙二全套系統(tǒng)，即使第一次發(fā)射出了問題，5個月后他就能“再打一次”。

不只是遙二，今年引力一號計劃再制造3枚、發(fā)射2枚—第三枚仍然是備份；明年計劃5到8枚，后年計劃18到28枚?，F(xiàn)在競爭對手的液體火箭性能還不是很強，這是將引力一號推向市場最好的時間窗口。

當然，引力二號也已經(jīng)在開發(fā)中，這是一款完全對標SpaceX獵鷹九號的運載火箭，采用液氧煤油發(fā)動機，高70米，起飛推力900噸，近地軌道運載能力15噸。

在布向偉的規(guī)劃中，固體火箭引力一號與液體火箭引力二號應(yīng)該是互補的，前者的優(yōu)勢在于靈活，用于服務(wù)一些零碎的發(fā)射需求，后者的優(yōu)勢在于載荷量大，是未來的主力發(fā)射產(chǎn)品。