蓝箭航天:让梦想在太空着陆

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  在北京亦庄一栋普通的写字楼里,钱学森的画像悬挂在北京蓝箭空间科技有限公司的显眼位置,他慈祥的微笑时刻鼓励着在这里来来回回、昼夜工作的年轻人。
  在刚刚过去的一个月,这群年轻人获得了无上的荣光。不是巨额奖金也不是国际大奖,是他们3个月设计、3个月制造的10吨级液氧甲烷发动机推力室试车成功。业界评价:这实现了中国民营航天企业在液体火箭自主研发方面的突破,液氧甲烷火箭的商业化应用进程将进一步提速。
  今年2月,SpaceX的猎鹰重型火箭的首飞成功引发了“中国的SpaceX在哪儿”的讨论。这个问题的答案正在路上,有艰难、有阻碍、有激情、有惊喜,最重要的是有坚持。10吨级液氧甲烷发动机推力室的试车成功只是一个开始,在执着的坚持下,或许会引出中国版“SpaceX”的初露峥嵘。
  发动机必须自己干
  据传,执掌SpaceX的马斯克多次去过俄罗斯试图购买火箭,最后一次直接带上现金,却被拒絕。
  “我们曾经想买火箭发动机,和马斯克当年一样。”2015年6月,北京蓝箭空间科技有限公司成立,CEO张昌武说,刚开始打算借助引进的方法开启集成创新之路,然而航天的特殊性决定了“拓荒”必须一步一个脚印。
  “火箭发动机是核心技术,不会有人卖给你。”张昌武说,这更加坚定了他们的决心:做自己的发动机,越快越好。“在意识到时间的紧迫性以后,团队转变非常大,”张昌武回忆,原来他们的液体发动机团队只有两三个人,负责前期技术储备。2016年6月,蓝箭开始急速布局液体发动机研制团队,半年后,公司拥有了一个完整的液体发动机团队。
  “目前团队的核心成员大多有过非常多飞行型号的工程经验,大家参与过的型号都是国内乃至世界航天史上非常有分量的型号。”张昌武对蓝箭的技术人才队伍视若珍宝,“液体火箭发动机团队已经超过40人,在目前液体发动机的研制领域我们算是拥有一个非常豪华的配置。”
  “小伙伴们”的一一就位是保证发动机研发可实现性的基础,而为了生产出高质量的发动机,蓝箭还面临更多的挑战——必须找到企业层面的“伙伴们”,链成一条“火箭生产”的上下游顺畅的供应链条,这个链条此前并不存在。
  “听起来是件不太靠谱的事。我们要说服他们,分三步说服。”他不急不躁地说,“首先端出态度:我们是认真的;第二展示实力:我们有把握能够做出来;第三发出邀请:将来我们能带给他巨大的回报,如他的产品有机会进到航天的产品序列里面来。”
  “航天品质”的邀约让一些单位说“可以给你试一试”,“他们最开始半信半疑地参与,但随着我们的产品一步步往前走、我们的实验有条不紊在往前推,我们在交流过程中体现出来的对产品的把握和认知,产品从部组件到成型整机,大家越来越认可。”张昌武说,航天领域里最讲究的是得有“真家伙”。
  玩转-161℃的冰与3200℃的火
  “真家伙”不是天桥的把式,而是实在的“别人不能,我却做到了”。这要从发动机的推进剂选择、技术实现方式等多项创新说起。
  蓝箭选择研制液氧甲烷作为推进剂的火箭发动机。蓝箭研发技术负责人蔚莱说:“我们研究的气液针栓式喷注器技术是业内最前沿的探索,在液氧甲烷这种双低温推进剂上应用针栓式喷注器是有难度的。”
  多圈同轴喷嘴(俗称花洒式)喷注器是国内外液体发动机使用的主流技术,通过将助燃剂(液氧)和推进剂(甲烷)分散到几百个“大管套小管”的小喷嘴中,将液氧甲烷雾化混合均匀,其生产工艺复杂、成本高昂;而针栓式喷注器,只需要一个喷头径向喷注液氧,甲烷从旁边竖着过来,两者正交撞击,达到最短时间实现均匀混合的目的。
  “难就难在怎么匹配它,实现充分地雾化,充分地混合,充分地分散。”蔚莱用三个“充分”强调技术工艺要求的严苛性。
  最惊心动魄的环节在燃烧开始的两三秒之内。“燃烧室内部瞬间将达到3200℃高温,而壁外流过的甲烷是-161℃,燃烧后的瞬间,因为高热量会导致夹套内的甲烷气化,但这两三秒内甲烷的相态却是非常复杂的,存在气液混合态。”蔚莱说,这两三秒之内如果燃烧效率低,火箭推力不够就无法起飞,如果混合不充分就容易局部烧穿,火箭发射将功败垂成。
  没有理论自己创造理论,没有方法自己创造方法,没有经验自己通过仿真去摸索经验。蓝箭团队面对的课题不但是没有实践先行者的课题,甚至是没有透彻理论指导的领域。但是时间不允许他们等待理论大师的基础研究突破,因此他们直接从实践到实践地反复仿真、调试、验证。
  在-161℃的冰与3200℃的火形成的夹缝中,在气液混合喷注下,实现充分燃烧。这只是设计层面蓝箭人突破的5个关键技术之一。
  无数次推倒重来、无数次参数的组合,在设计的环节,蓝箭的技术团队吃住在工作岗位上,发挥了航天人似乎是与生俱来的“死磕”精神,用时仅3个月,完成了方案的设计工作。
  又用了3个月,蓝箭团队完成了原理样机的生产制造。“生产厂的工人休息的时候,我们自己的技术人员顶上去加班加点地干。”蔚莱说,“别看这么小的一个东西,配合的生产厂家就有十五六家,我们在每一个环节挤时间、抢时间、跟时间去赛跑。终于在年底前交上一份自己心里过得去的成绩单。”
  将技术民主进行到底
  “两个人因为意见不一致吵得一塌糊涂,本来攻关项目没有先例可循,各自难免认为自己的方法是最优解,就打到我这来了。”蔚莱回忆起一次技术争端,“我就问他们谁的方法更安全,这个问题他们看法一致了,指向同一个人,我就说,那就先保障可靠,再一步一步地迭代,慢慢做到最优。”
  在蓝箭,因为技术方案上的意见相左而产生的辩论几乎是家常便饭。“大家之前都是技术权威,可以很快地针对问题达成技术上的共识,能够迅速磨合,发挥合力。”张昌武说,效率呈几十倍的提高,一个技术问题可能在原来单位要花几个月解决,但在这里可能几个小时甚至几分钟就能解决。
  能够高效、集中地完成不可能任务,两位带头人不约而同地将科研氛围列为首要原因。技术民主是航天人的致胜法宝,在蓝箭也不例外。“我们的机构设置比较扁平,减少了决策冗余,给科研人员充分的授权。”张昌武说,可能一个转身,两个专业之间将问题一沟通,一个涉及到两个专业的问题就能解决了。
  这样的节奏正适合当下的市场“渴求”,与蓝箭成立之初的2015年相比,卫星发射需求呈现了爆炸式的增长,然而实际发射的效率并没有提升,仍然处于一个“到处在找火箭”的状态。
  蓝箭已经与丹麦的企业签署了对外发射服务的协议。市场等在那里,尽管整个中国民营航天还处于1.0版本的前夜。但张昌武认为,中国的民用航天领域正在蓄势待发,证明自己能够拥有飞出去的火箭。在蓝箭之后,更多的民用火箭制造企业纷至沓来,实力派终将会脱颖而出。
  “人类必将走入太空经济的时代,而一个时代的建立,是全民意义上的遍地开花,而不会是国家力量的一枝独秀。”蔚莱说。“land your dream in space(在太空着陆你的梦想)”是蓝箭的信念,这其中的“你”,包含每个平凡的普通人,他说:“希望我退休之前在蓝箭能干成一件事情,就是把航天与公众的交通衔接起来,实现交通工具的第五次革命。”
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