中国商业航天大运力时代来临,“天龙三号”大液体火箭蓄势待发!

中国商业航天大运力时代来临,“天龙三号”大液体火箭蓄势待发!
2024年03月06日 16:33 泰伯网

编者按:商业航天是中国参与全球科技角逐的重要硬科技赛道之一,国家政策、技术、资本以及地方布局都为国内商业航天产业发展带来了持续推力。泰伯智库认为,2023年是中国商业航天自2015年以来取得最明显进展和最重大突破的一年。2024年将是商业航天量产爆发的前夜。

回顾过去,我们发现,有无数先行者们,努力探索商业航天领域的突破与创新,他们有情怀、有理想、有专注、有格局……因此,泰伯网决定挑选10位商业航天领域中的优质代表人物——其中有头部企业的领航人,也有诸多极具变革精神的公司掌舵人,更有无数潜心钻研的学者科学家。我们以独家访谈、对话回顾等方式,汇集在“商业航天十人谈”这一专题栏目中。

我们希望通过这个专题,为行业呈现当下国内商业航天的发展情况,深入探讨产业上中下游市场机遇,挖掘商业航天“量产”潜能。

刚刚过去的2023年,对于中国商业航天来说是突破之年。

2015年是中国商业航天元年,经过8年的发展迭代和沉淀,中国商业航天民营公司频获佳绩,在火箭发射等领域刷新了多项记录。

回首去年,4月,由天兵科技研制的“天龙二号”液体运载火箭成功首飞,创造了全球民营液体火箭的首飞成功纪录,开创中国商业航天液体火箭新纪元。

6月,中科宇航参与研制的“力箭一号”遥二运载火箭成功发射,此火箭采用“一箭26星”方式,刷新了中国一箭多星的最高纪录。

7月,蓝箭航天的“朱雀二号”遥二运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射,并顺利进入了预定轨道,成为全球第一枚成功进入轨道的液氧甲烷火箭。

11月,星际荣耀公司自主研发的液氧甲烷可重复使用验证火箭“双曲线二号”完成了首次垂直起降飞行试验,标志着中国商业航天在可重复使用运载火箭技术上取得重大突破。

商业航天已成为世界大国战略竞争和博弈的主战场,属于中国商业航天的黄金时代正拉开帷幕。2024年是我国商业航天发展的关键一年。中央经济工作会议首次提出商业航天作为战略性新兴产业。工业和信息化部在部署2024年工作中提出,要打造商业航天和低空经济新增长点。

“国内商业航天未来都要向液体走,我们去年的成果只是商业航天小小的一步,未来的路还会很长。”天兵科技创始人、董事长康永来说。

天兵科技是我国商业航天领先开展新一代液体火箭发动机及中大型液体运载火箭研制的高新技术企业,伴随全球商业航天大发展的浪潮诞生,目前正逐渐成为中国商业航天的中坚力量。

从0到1,三年磨一“箭”

2015年,康永来毅然放下“铁饭碗”,奔赴商业航天。

工学博士毕业的他,从事运载火箭技术研发与项目管理近20年,曾任中国运载火箭技术研究院运载火箭总体研究室主任、型号副总师、总工,主持某型号高超音速导弹以及长征十一号运载火箭的总体论证设计工作,见证了多次运载火箭的成功发射,是资深的航天老兵。

凭借多年在航空航天领域摸爬滚打的经验以及敏锐的商业嗅觉,康永来坚信中国商业航天有着广阔的发展前景。从出来创业到如今,五年一晃而过,他率领天兵科技交出了业内第一份亮眼的答卷。

2023年4月2日,天兵科技历时三年研制的“天龙二号”液体运载火箭在酒泉卫星发射中心成功首飞,一举打破了全球二十多年来私营液体火箭首飞皆失利的世界级航天“魔咒”,开创了国际航天和国内航天多项新纪录,开辟了我国商业航天从固体向液体跨越的新时代。

天龙二号”液体运载火箭发射现场

无论是对于天兵科技自身,还是放眼整个中国商业航天行业,这无疑是一个振奋人心的里程碑事件。

三年磨一“箭”,天兵科技是如何做到的?

“除了具备相对成熟的技术团队,也离不开全体成员的奋力拼搏。天龙二号从研制到首飞恰好踏上了疫情三年,虽然有所影响,但是研发人员加班加点,基本上是7乘24的工作模式,大家拼着一口气想尽快拿出这款产品,来证明我们是可以的。”康永来说。

事实证明,天兵科技做到了。“天龙二号”作为民营首枚液体火箭,发射成功的背后有着更多特殊意义。

“天龙二号经历了完整的从0到1。团队一路走来,从4个人成长到300多人,伴随着团队的筹备完善,从供应商的选择,到工厂生产,再到产品总装总测,最后到整体交付,整个全过程都是我们亲身经历。大家虽然很有压力,但是成就也是满满的。”康永来认为,出来创业和依靠国家全面的运营保障还是非常不同的,民营商业航天企业都要经历这样一个过程。

目前天龙二号已成为我国中小卫星发射市场上具备强大竞争力的中型运载火箭。然而,即使一鸣天惊首战告捷,天兵科技也没有停下前进的脚步。

如果说天龙二号开创了商业航天液体运载火箭的先河,瞄准正确的道路,实现了从0到1。那么“天龙三号”又将成为我国商业航天大运载火箭的里程碑,满足卫星星座对大运载火箭的市场需求,瞄准从1到10。

天兵科技自研的“天龙三号(TL-3)”大型液体运载火箭将于2024年6月在海南挑战首飞,其性能、应用市场都直接对标美国太空探索技术公司SpaceX的猎鹰9号(Falcon9),堪称是为我国卫星互联网新基建事业量身打造。

在天龙二号的基础上,天龙三号从2022年初便进入到方案设计工作流程中,虽然生产周期上能得到保障,但还是面临着一定的挑战。

康永来向泰伯网坦言,天龙三号的技术难度更大,创新点更多,有三十多项技术是在中国航天里第一次应用,压力和难度都很大。他提到,“过去一两年团队采用了关键技术攻关组的管理形式,抓核心抓风险点,采用工程管理的思路,早期解决长周期的技术难题,取得了全面突破。直到去年6月份,我们才有信心把所有的图纸下厂,同时开展了3发整箭和40多台套发动机的生产。”

据悉,此次首飞,天龙三号将把多个不同载荷送入800千米高度的轨道。在2024年下半年,天龙三号将正式进入商业批量化发射阶段。天兵科技预计,天龙三号首飞后三年内具备每年超30发的商业发射能力,将大幅满足低成本、高可靠、高频次的商业发射市场需求。

商业火箭:下一个千亿级商业航天赛道

纵观近些年来,国家陆续出台了一系列政策,推动着中国商业航天的快速发展。

2020年4月,国家发改委首次将“航天航空事业”纳入了新基建范畴;2022年,国务院发布《2021中国的航天》白皮书,首次提出在外空领域推动共建人类命运共同体,为航天事业下一步发展指明方向。

与此同时,北京、上海、苏州、合肥、海南等各地方政府也纷纷响应国家号召,出台相关产业规划,发挥各地核心优势,完善商业航天产业链布局,推动当地商用航天事业的发展。

图:天兵科技张家港智能制造基地,该基地是业内最大的液体火箭批量化总装总测基地,规划总用地200亩,总投资40亿元,已于2023年底投入使用。

在政策扶持和民间资本的双重助推下,国内民营商业航天公司如雨后春笋般迅速成长。根据企查查数据统计,2011-2021过去十年我国商业航天赛道融资共341起,披露融资额达243.1亿元。从获融资的项目类型来看,火箭/卫星发射研发等是融资热门项目,受到资本垂青。

行业里流传着这么一句话:“火箭的运载能力有多大,航天的舞台就有多大。”

2015年开始,天兵科技、蓝箭航天、星际荣耀、星河动力、深蓝航天、中科宇航等中国第一批民营商业火箭企业开拓者不断涌现,成为推动中国航天发展的重要力量。

尤其在近两年卫星互联网被纳入新基建后,伴随星网+G60星链的建设推进,中国商业航天发射市场规模快速增长,但现有的火箭运力仍有很大的缺口,这给民营商业火箭企业带来了极大的发展机会。

根据中国航天科技集团发布的《中国航天科技活动蓝皮书(2022)》,2022年中国的航天发射次数达64次,占据全球的34.4%;同时从2019年开始,民营公司参与太空发射的频次提升,2022年中国成功实施了21次商业发射服务,占总发射次数的32.81%。

天兵科技自创立以来便聚焦于大运力液体火箭及核心动力系统的自主研制与制造,并提供完善的定制化发射服务,如今已稳固占据国内商业航天头部地位。

去年10月,天兵科技宣布完成数亿元人民币C+轮融资。截至目前,天兵科技已在五年内完成13轮融资,投资方包括中金资本、中信建投投资、张家港基金、浙大联创、君度投资、陆石投资等一众头部机构和企业,累计融资额超30亿元。目前公司估值已超180亿元人民币,可以说是当之无愧的商业航天独角兽企业。

“外部政策环境一直在趋好变化,中国的商业航天发展到哪,国家的政策就保障到哪儿,”康永来表示,“国家为商业航天提供了良好的护航能力,保证企业一路健康稳定地向前发展;而中国的资本也一直在助力扶持着商业航天,提供了孵化加速器;卫星互联网商业市场则提供了强大的牵引能力。”

据泰伯智库预测,2023至2028年,商业航天产业将迎来发展黄金期,到2025年仅中国市场规模就将达2.8万亿元。中信证券研报指出,参考SpaceX的发展历程,预计未来十年中国商业火箭核心受益于卫星星座建设,发射市场空间将达千亿规模。

大液体火箭是中国商业航天发展的当务之急

卫星互联网是构建空天地一体化、全球全覆盖通信体系必不可少的一环。在此背景下,大规模的卫星星座建设已成为世界各国发展的重点之一。

由埃隆·马斯克提出的“星链”计划,目标是从2019年到2024年部署大约1.2万颗近地轨道卫星,向全球提供互联网服务,2022年SpaceX提出申请准备再增加发射3万颗,未来将由4.2万颗星链卫星构成星链网络。

而国内大型星座有星网星座1.3万颗和G60星座1.2万颗的卫星申报计划。预计将在2025年以后开始进入批量组网阶段,预计2025-2030年之间发射总质量将达到3000吨以上,从而产生对火箭运力的巨大需求。

截至目前,SpaceX已经成功发射了总计5000余颗星链卫星,这个数字还在不断增长中,这得益于可以重复使用的猎鹰9号火箭。

“猎鹰9号”是历史上第一枚能够垂直着陆并多次重复使用第一级助推器的液体燃料中型运载火箭,其采用了液氧煤油发动机,凭借火箭垂直回收等技术,使其发动机经过简单维护后可以再次投入使用,极大降低了单次发射成本、提高效率和运力,一次可以将几十颗卫星送上近地轨道。

对于火箭来说,发动机就是运载火箭的“心脏”,产生助推运载火箭进入空间的强大动力。

根据发动机使用推进剂的不同,火箭可分为固体火箭和液体火箭。相较于固体火箭,液体火箭具备比冲高、推力可调、燃料成本低、可多次启动等优势,是商业可回收运载火箭的更优选择。长远来看,液体火箭更符合商业航天低成本的主流发展趋势。

而对于重复使用的火箭,燃料消耗及成本是值得考虑的因素。液体火箭发动机中,燃料主要包括液氧液氢、液氧煤油和液氧甲烷等。其中,液氧煤油发动机具有成本低、高性能、大推力、无毒无污染、载人安全性更高等优点,在国内外被广泛应用,成为新一代运载火箭的主要动力装置之一。

基于国内大型卫星互联网星座的建设需要,火箭需要具备单箭发射每轨30颗卫星以上的运载能力,因此,大运力的液体火箭是中国商业航天发展的当务之急。

商业航天的主要意义之一是经济性。华泰证券研报指出,目前中国民营航天企业每公斤发射成本超过1.5万美元,是SpaceX猎鹰九号发射成本的5倍,实现一级火箭回收是降成本的关键。所以国内民营商业航天企业也在积极探索和应用火箭可回收技术。

总体来说,无论是从国家战略背景、市场需求亦或是商业火箭的自身发展等维度来看,中国迫切需要为大型星座建设提供发射服务的商业可回收大运力液体火箭。

天兵科技的“天龙三号”是国内商业航天首枚大型液体火箭,它采用自主研制的大推力可复用液体火箭发动机“天火十二”(TH-12),液氧煤油燃料,设计推力110吨,推重比163,目前国内第一,可率先实现国内一箭30多星的群打能力,助力我国卫星互联网系统的构建。

2024年1月,“天龙三号”首飞批次TH-12发动机校准试车、抽检试车圆满成功。这不仅全面检验了TH-12发动机首飞批次的产品质量,验证了发动机多次、长程工作的可靠性,以及在飞行任务中的环境适应性,也标志着天兵科技大型液体火箭及液体火箭发动机进入加速批产化交付进程,我国商业航天大运力液体火箭正在崛起。

截至目前,“天龙三号”已完成41台发动机投产、13台整机总装测试和10台热试车验证。

康永来向泰伯网透露,液体运载火箭发动机发展难题依然存在,距离理想的未来仍有一定差距。“我们现在是将发动机不断放量,适应大规模发射,提高它的可靠性和重复性的能力。比如继续打造出适合200到300次以上复用,高比冲、完全全流量补燃的发动机,还需要天兵科技不断地去探索创新。”

目前海南发射场二号工位正紧锣密鼓建设中,静候火箭到来。

对话天兵科技康永来

泰伯网对话天兵科技现场

天兵科技创始人、董事长 康永来(左)泰伯网联合创始人、总裁 陆碧君(右)

Q:天龙二号开创了许多行业先河,天龙三号又将成为新的里程碑。一次次向极限发起挑战的源动力是什么?

康永来:我觉得还是企业使命。未来的太空经济非常庞大,但是如何去支撑这样的太空经济,运力是关键因素,市场需要高频次发射运载火箭。美国人其实已经嗅到了这个讯号,仅我们的竞争对手SpaceX一家在全球的发射总量就非常可观,所以说我站在一个中国航天人的角度非常着急。天兵科技成立的初心,就是希望能够尽快缩短与国外在航天领域方面的差距,所以我们上来就选择了研发上有难度系数的液体运载火箭“天龙二号”。天兵之外国内商业火箭目前基本上还停留在数百公斤级的运力,所以我们商业航天火箭的发展态势非常紧迫。我们只能从自己做起,在天龙二号首飞成功之后,我们迅速结合卫星互联网发射市场需求,投入到更大运力的“天龙三号”的研究中去。

Q:大模型时代,为商业航天产业带来哪些变量和启示?

康永来:在未来工业化上,大模型或者说AI人工智能应该会是一种变革,也是巨大的加速器。对商业航天包括整个航天制造业来说,无论是从供应链的选取,到生产制造的合理安排,再到如何降低火箭的成本,提高测试发射的频次,能帮助我们实现整个火箭运营全周期的数据管理和优化,以及提升飞行过程中的可靠性,比如碰到各种故障模式的情况下,它可以发挥人脑决策的能力。同时还可能帮助实现AI在火箭重复使用以及卫星大数据上的应用。

Q:商业航天可以说是长坡厚雪的赛道,身为长期主义者,您对“长期”的定义是在多长时间、去实现一个怎样的梦想?

康永来:商业航天我觉得是干不到头了,我跟许多投资人也讲过,投资投两个方向,一个是无穷大,一个是无穷小。无穷小就是通过生物科技等延长人的寿命问题,无穷大就是宇宙的问题,而商业航天对于探索宇宙未来意义重大。

所以长期主义可能是无限长。对天兵科技来说,创立的初心就是能够把航天技术应用到普通老百姓生活中去,所以我们的企业使命是“助推人类第五次交通变革”,把过去从马车、汽车、火车、飞机转到用航天技术推进到空天飞机空天往返,解决洲际航行甚至是星际之间快速航行的问题。希望将军事应用向商业价值转化,服务于大众,让普通老百姓也能够享受到航天技术带来的生活便利和乐趣。

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