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“科技创新前沿的创业者”系列(一):访谈蓝箭航天创始人、首席执行官张昌武

“2020年11月24日,海南文昌航天发射场,长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器。12月1日,嫦娥五号探测器平稳降落月球,开始执行月球表面采样任务。12月3日,点火起飞,开始返航……”

短短数语背后,无数人泪盈满眶。许多人年少时或许都曾经久久仰望星空,甚至把家里新买的圆形鱼缸戴在头上,神往着地球之外:月亮、星星和宇宙。最终能够成为“航天人”的寥寥无几,但是当火箭升空,很多人依然可以听到自己年少时的心跳。

这心跳声,把我的视线牵引到了北京亦庄。在2014年11月国务院发布意见鼓励民间资本参与商业航天之后,这里慢慢聚集起一批民营的航天企业,许多创新企业正在从事着令人生叹的高精尖领域:火箭!其中,成立于2015年的蓝箭航天吸引了我的关注。

褪去科幻,显露艰难

我和蓝箭航天创始人、首席执行官张昌武先生的访谈,并没有预想中的那样充满许多科幻和梦想。昌武和我讲了一个蓝箭航天成立之初的故事:他和创始团队4个人,早晨4点起床,搭乘6点的当天第一班飞机,8点多来到另一个城市,9点准时开始与一家企业的沟通谈判。

然后,会议在9点15分就结束了……

许多创业者也许都经历过这样的时刻:怀疑、质疑,甚至还有些有意无意的讥讽。对于一家做火箭研发的民营企业、创业公司而言,这份怀疑显然会放大多倍。

这也难怪,“商业航天发射”是纯粹的“80后”,比起1926年第一枚液态火箭的发射成功、1957年第一颗人造卫星的发射成功、1969年7月20日人类首次登月成功,“商业航天发射”在全球范围来看,历史不过36年。

1984年,美国总统里根推动国会通过了《商业太空发射法案》,第一次允许私人发射火箭。在之后的很长时间内,为美国航空航天局(NASA)提供发射服务的民营企业,主要是大名鼎鼎的波音公司和洛克希德·马丁。2010 年,时任美国总统奥巴马颁布了《美国法典》的第 51 编(国家和商业空间项目),正式将《联邦空间法》编入法典,使空间法成为了独立的部门法。这一举措使得私人航空航天企业的成立和运营得到了规范,同时也明确了政府与企业的权利与责任,使得私人航天发射活动在法律上得到了保障,在保险理赔方面也得到了规范。

在这样的背景下,2000年亚马逊CEO贝索斯创立蓝色起源(Blue Origin),2002年马斯克创立SpaceX。随着两家公司不断的火箭发射试验,航天市场的新方向也开始萌芽和发展,包括卫星互联网、天空旅行,甚至未来的移民火星等。在2015年,马斯克首次提出“Starlink”(“星链”计划),计划发射1.2万颗卫星(后来扩大到4.2万颗),构建覆盖全球的网络通信系统,为全球提供上网和通信为主的数据服务。2019年,亚马逊也推出“Project Kuiper”(“柯伊伯”项目),计划发射3.2万颗卫星构建全球网络。

在我国,商业航天的历史只有6年。2014年之前,航天发射一直是“国家队”的专属领域。2014年11月,国务院发布“关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见”,其中提到“鼓励民间资本研制、发射和运营商业遥感卫星”,标志着我国的商业航天,在政策上获得了支持。之后相继推出的《关于加快推进“一带一路”空间信息走廊建设与应用的指导意见》、《关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》等多项政策,不断为民营航天机构降低进入门槛,我国的商业火箭市场,开始慢慢起步发展。

成立于2015年6月的蓝箭航天,面对政策层面的鼓励,面对航天市场新机会的涌现,眼前,全都是没有人曾经走过的路……

直面未知,跑通流程

2014年,张昌武和另两位联合创始人在调研和分析的过程中,开始萌生出创建一家民营商业火箭公司的想法。随着低轨星座建设的萌芽和热潮,众多科技巨头相继披露星座建设计划。昌武认为,地轨卫星的发射需求已经非常明确,但是运载火箭则较为稀缺,特别是占据卫星发射市场主流的中型以上的商业运载火箭更为稀缺。“就像一个堰塞湖。”昌武提到。

蓝箭航天创始人、首席执行官张昌武(受访者供图)

另外两位联合创始人,曾在德国、荷兰、英国等多所高校,以及欧洲航天局技术研究中心等任职近20年的吴树范教授、原中国卫星发射测控系统部航天系统工程高级工程师王建蒙,在技术方面为蓝箭航天奠定了基础。而毕业于清华大学,先后任职于汇丰银行、西班牙桑坦德银行等机构的 ,则更为擅长于企业经营和投资管理。三位创始人实现了能力的互补,在管理、技术、市场和财务等领域搭建起体系。

为了率先打通全过程的路线,实现商业航天准入的突破,昌武决定研发一款固体火箭,以较为成熟的技术路起步,让蓝箭走通设计研制、供应质保、生产总装、发射准入等全流程,在民营商业火箭的行业准入、监管、实施等体制方面摸索第一手的经验。2017年11月,“朱雀一号”正式进入工程研制阶段;2018年8月,“朱雀一号”在西安总装完毕。2018年10月27日下午4时,蓝箭航天的“朱雀一号”运载火箭在酒泉发射,中国航天史上的首枚民营运载火箭升空探索!

距离入轨最后15秒,第三级箭体飞行姿态出现异常,卫星没能进入预定轨道。首枚民营运载火箭“朱雀一号”,划过长空,402秒……

2020年11月,昌武和我聊到说,“在公司发展的历程中,不会去允许自己觉得哪一阶段是至暗时刻。在面临挑战的时刻,别人也可能无法给到什么建议,只能自己安慰自己,在内心保持笃定。”

后来,昌武告诉我说,他觉得2015年到2018年,公司和他个人最大的财富就是不断试错的过程。这一过程现在来看不一定非常有效率,但是练就了功力。在试错的过程中,蓝箭航天跑通了运载火箭发射的整个过程,证明了公司的发射能力。“当然,也让蓝箭航天更加深入认识到了风险,给之后的研发起了极大的警示作用,需要从技术上去实现,确保万无一失。”

谨慎选择,持续精进

在“朱雀一号”升空前的1个月,2018年9月27日,浙江湖州。

“伴随着轰隆隆的爆炸声,一道15米长的蓝色火焰从发动机尾部喷出,成功点火,山坳里腾起蘑菇云般的尘土。20秒钟后,响声停止,山坳对面的观景台上爆发出热烈的掌声……”

以上文字描绘的就是,蓝箭航天自主研发的国内首台80吨液氧甲烷发动机“天鹊”(TQ-12)短喷管推力室,在其湖州自主建设的试车台进行的短程点火试车并取得成功的场景。五个月之后的2019年5月17日,“天鹊”20秒试车成功,成为继美国SpaceX的猛禽发动机、蓝色起源的BE-4发动机之后,世界第三台完成全系统试车考核的大推力液氧甲烷火箭发动机。

2020年5月13日,蓝箭航天“朱雀二号”火箭控制系统与“天鹊”80吨液氧甲烷发动机匹配验证成功,顺利完成第三次摇摆试车点火试验。我国首款液氧甲烷运载火箭“天雀二号”,开始慢慢揭开她神秘的面纱。

其实,早在2016年,“朱雀二号”和“朱雀一号”是齐头并进投入研发的。对于液氧甲烷技术路线的选择,张昌武和蓝箭航天经过了前期大量的研究和调研,然后持续不断的投入,包括在2018年3月开始建设湖州的制造基地,并在不到一年的时间内建成了火箭发动机热试台。

根据徐菁于2016年第10期《中国航天》发表的研究显示,火箭发动机是运载火箭的关键部件,约占总成本的30%左右。根据推进剂的不同,可以细分为固体发动机和液体发动机。我国航天科技的“长征十一号”运载火箭就是固体发动机,其结构组成简单、易实现大推力、可靠性高、贮存期较长。虽然固体发动机的运载能力相对于液体发动机较小,但其最大优势在于快速、便捷。因为燃料被提前固化在火箭内,从测试到发射仅仅需要一天甚至更多的时间。当然,目前固体原料依然属于国家严格管控的产品,同时,火箭发射“国家队”在固体火箭方面的技术和运营已经非常成熟,相比民营商业火箭公司存在体系化的优势。

液体发动机又可以细分为液氧煤油和液氧甲烷两种总动力类型。SpaceX的现役火箭“猎鹰”采用的是液氧煤油发动机,同时其正在研制的星球飞船的猛禽发送机则选择液氧甲烷作为动力,此外蓝色起源的BE-4发动机也选择了液氧甲烷。一般业界认为,液氧甲烷作为推进剂,首先比较环保并可重复使用,燃烧之后无残留结焦和积碳问题;其次在于燃烧的稳定性和冷却性能比煤油更好;再次,甲烷相对于航天煤油而言,采购更为容易;最后,液氧甲烷的成本比液氧煤油要便宜,根据昌武和他团队的研究,使用液氧甲烷可以使燃料的成本降低10倍左右。

理论的研究和推导得到论证之后,望向前方,全部都是工程和技术领域的未知道路。火箭的发动机技术在全世界都属于高度垄断和保密的状态,都是各个企业紧紧握在自己手中的关键要素和看家本领。而且目前在全世界范围内,也只有美国的SpaceX和蓝色起源完成全系统试车考核。单纯从技术角度来看,液态甲烷发动机在流体设计和制造方面都非常困难,因为没有材料可以单独承受高温流体,因此只能通过发动机本身的优化设计,来解决高温、高速燃烧和流体运行等工程问题。

由于火箭对于可靠性、稳定性的要求极高,所以大量的试验是研制发动机的必要条件。根据文献研究来看,火箭发动机的累计热态试验时间需要达到15000秒至20000秒,而且整个链条包括设计、工艺、制造装配,到发动机组合件试验、半系统试车、整机试车到最终的整机发动机试车的全部环节。

“朱雀二号”液体运载火箭二级火箭发动机联合试车(受访者供图)

2018年3月,蓝箭航天位于湖州的智能制造基地开始建设。远离湖州市区20公里的一片群山之中,基础设施缺乏,蓝箭航天的工程师和研发人员从一砖一瓦开始,经过短短四个月的时间,初步建成了一座国内领先的热试台。2018年9月首次试车,之后,“天鹊”80吨、10吨级两型发动机完成全系统热试车考核,2020年7月“朱雀二号”完成控制系统与二级游机发动机匹配性验证。蓝箭航天通过一次又一次的实验,掌握了百吨级液体火箭发动机的关键技术,具备了发动机研制所需的保障能力,并且验证了中国商业航天在发动机设计、研发、制造、生产、装配、实验的完整流程,填补了国内空白。

心里有火,脚下寻路

这些成绩的取得,离不开蓝箭航天团队的努力。从公司刚刚开始起步的80平米办公室、5名员工,到现在北京、西安、湖州三个研发、运营与制造中心,500多人的规模。昌武和我说,公司愿景以及与其他商业火箭公司差异化的路线,使得公司吸引到了许多一流的人才。

在我国,航天产业的核心技术与核心人才全部集中在航天产业集团内,“国家队”在零部件供应、实验条件、测试平台等研发资源方面有着无可比拟的优势。但民营的航天企业在机制体制方面更为灵活,同时中型液氧甲烷火箭这样一个崭新的命题,在其他公司并未涉及,但却是蓝箭航天集中精力需要攻克的难题。在这样的背景下,许多航天院所的年轻的工程师们因为技术路线的偏好而选择加盟。此外,还有许多来自于汽车、电子电器,甚至消费品行业的人才,因为航天、火箭的梦想,也前来加盟。

面对“群贤毕至”,昌武也坦言,自己并不善于给大家灌鸡汤,他更希望做好服务团队的角色,一定要兑现承诺,让公司活下来。所以公司把主要的资源都放在了产品开发方面,从设计、研发、重点设施配套等方面,都在有限的资源内给予最大的保障。

同时,他也在更多从市场和客户的角度出发,思考客户的痛点在哪里,公司的优化策略和方向又在哪里。航天产业试错的代价极大,如何在走通0到1的过程中保持快速迭代,并尽量降低试错成本,也是昌武在思考的重点。

在访谈的最后,我和昌武聊起了SpaceX。我原本期待着一直沉稳、冷静的他可以畅谈诗和远方,甚至展望一下未来有可能和SpaceX的同室操戈。但是昌武淡然的告诉我说,国际上同行的几位竞争者,现在还是他心中的“灯塔”。蓝箭航天需要自己和自己竞争,提升效率,需要实现工业化,围绕技术开发搭建起产业链和配套体系。特别需要强化制造环节,打造全流程的工业保证能力,最终把这些能力全部串联起来,形成公司的护城河。

蓝箭航天的工程师对热式车后的“天鹊”发动机进行检查(受访者供图)

结束和昌武的访谈,已是傍晚时分。天色渐冷,路上行人匆匆,我在路灯下看到墙边几朵漂亮的小花儿,在风中摇晃着,很弱小,但是很挺拔。我上了车,回忆刚刚过去的访谈,航天、火箭、蓝色星球,最最科幻的航天产业,我和昌武聊的,都是最最本质的商业逻辑:技术、产品、客户需求、工业能力、配套设施……

过去的几年我们都见证了外部环境的纷繁复杂、变化万千,环顾四周,我们欣喜发现,许多科技创新的公司正在萌芽、发展和成长。他们专注于技术领域的国际领先,他们在全球化的环境下与国际同行们切磋竞赛,他们面对变局中的市场机会,打磨产品,给市场呈现出不同的、惊喜的解决方案。

当然,他们也会面临过程中的挫折。昌武曾经和我说过,他和许多创业者一样,都会经历挫折,然后建立起对于行业的认识。而且经历过了,最终做到了,在试错过程中把路跑通了,以后面对其他挑战,就会笃定许多。过去的几年,他是这样成长的,蓝箭航天,这家年轻的民营的航天企业也是这样成长的!

期待蓝箭航天,带给我们更多的好消息!

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