视野新闻网 汇聚海量最新国内、国际资讯

首飞失败并不是维珍空射火箭最致命的问题,而是。。。

2020-10-26已围观 56 次来源:互联网编辑:视野新闻网

“我不认为这是一种可以闭环的商业模式。”

本文由航天科工火箭技术有限公司,胡驰、曹梦翻译并投稿,原作者:Eric Berger

在2019年7月的机载投放试验中“宇宙女孩(载机平台)”首次在空中释放LauncherOne配重箭

(图片来源:Virgin Orbit,Greg Robinson)

首飞失败视频

2020年5月下旬,一枚白红黑相间的LauncherOne运载火箭首次在空中完成投放,在激动人心的几秒钟内,火箭完成了与波音747载机平台的分离及一级发动机(名为Newton Three)的点火动作,一切看起来都是顺风顺水。

发动机在稀薄的大气中喷射出明亮的火焰。但好景不长,负责将液氧输送到火箭发动机的管线发生了破裂。由于缺少氧化剂的供应,煤油燃料未能燃烧,致使发动机失去了动力来源。Virgin Orbit公司首次飞行试验即完成入轨的期望随着全损的火箭一同破灭。

公司高层在短暂的失望后依然保持着乐观的心态,承诺将迅速采取行动以开展下一次试射。“我们今天向前迈出了一大步,”Virgin Orbit首席执行官Dan Hart在火箭坠入太平洋数小时后表示。

然而,该公司未来的发展方向已不言自明。放眼全球,已有十几家资金雄厚、信誉良好的企业正致力于开发价格合理、能将小卫星送入轨道的火箭,Virgin Orbit便是其中之一。

Hart及其公司面临的挑战是,如何既能保证小卫星发射服务的性能,又能做到价格低廉。一些新兴公司都在向小卫星制造商承诺,能为他们提供及时、低成本、高入轨精度的发射服务,然而截至目前只有火箭实验室(Rocket Lab)的火箭具备了入轨能力。为此,这些公司必须以更低的成本制造火箭并开展更高效的运营。

Virgin Orbit试图于2020年底进行第二次试射,但目前尚不清楚该公司是否能够实现这一目标。Virgin Orbit是维珍银河(Virgin Galactic)太空业务的分支机构,由Richard Branson(理查德·布兰森)爵士于2011年创立。虽然尚未透露截至目前已花费的资金数额,但是据业内人士估计,Virgin Orbit已在LauncherOne的研发及其相关基础设施的建设上砸了5亿至7亿美元。

Richard Branson创立了维珍银河,Virgin Orbit是其中的一个分支

(图片来源:Virgin Orbit)

其中的很大一部分钱都花在了组建一个规模更大、能力更强的团队上。目前公司已有575名员工,正致力于火箭的入轨实现及用于后续飞行任务的火箭制造。按照行业标准,这是一个规模相对较大的团队。

Virgin Orbit目前有575名员工

(图片来源:Virgin Orbit)

Rob Meyerson在2003年至2017年担任蓝色起源(Blue Origin)的总裁,随后创立了咨询公司Delalune Space。他说:“控制成本的方法就是是保持相对较小的团队规模。对于造枚小火箭来说,575个人实在是多了些。”

那么,这一切在Virgin Orbit是如何发生的?它是否可以找到盈利的途径?为了找到答案,笔者与小运载发射领域内的六位高层(包含Virgin Orbit的前雇员)进行了探讨。有的同意公开言论,有的要求匿名。

竞争对手的成本

本文的受访者一致认为,截至首飞试验就花费了5亿至7.5亿美元,这对于纯商业公司而言是一笔巨额开销。诚然,政府设计和开发新型液体燃料火箭的支出更大,但与同级别的火箭相比,LauncherOne的巨额开销无人能比(译者注:据Rocketlab CEO Peter Beck透露,其公司Electron小火箭的全部研发费开销用不到1亿美元)。

从2002年成立到2006年5月首次试射,SpaceX在猎鹰1号(Falcon 1)运载火箭的开发和两个发射场的建设上花费了大约1亿美元。猎鹰1号与LauncherOne的运载能力大致相同,近地轨道运力约0.5吨。

无独有偶,箭实验室的首席执行官Peter Beck表示为了将电子号(Electron)火箭送入太空,其公司花费了近1亿美元。Astra公司在其3.0版火箭上也花费了近乎相同的金额,该火箭在9月初进行了入轨试射(译者注:Astra公司首飞火箭发射失利)。这两种火箭比LauncherOnbe更小,能力稍逊。

最后是萤火虫航天(Firefly Aerospace)。该公司旗下的Alpha是一款比LauncherOne更大的火箭,其有效载荷运力是LauncherOne的两倍。虽然于2016年遭遇了全面停工,但萤火虫航天后来还是实现了复工,并设计了一款全新的、更大型的火箭。根据其创始人Tom Markusic的说法,萤火虫已通过Max Polyakov的Noosphere Ventures投资公司筹集到并花费了大约1.6亿美元。公司计划于2020年底前完成该火箭的发射。

Markusic说:“资金的使用包含德州的总部、制造和测试设施建设,范登堡的发射场建设,Alpha运载火箭的设计、开发和测试,Alpha首飞箭的生产,轨道转移飞行器的原型机建造,以及后续2发火箭的预生产。”

综上所述,Virgin Orbit在火箭研发方面的开支大约是其竞争对手的五倍之多。该公司表示不菲的开销让火箭具备了独一无二的能力(详见后述)。无论如何,当他们开始以每发仅约1200万美元的价格出售发射服务时(相关价格也许会进一步降低),公司的费用开支控制就变得尤为重要。

火箭实验室首席执行官Beck在接受采访时说:“我不认为这是一种可以闭环的商业模式。花掉这么多钱,投资回报率如何保障?而且,如果花了大量的钱却没有什么进展,那么也许该重新斟酌一下了。

Virgin Orbit的起源

十多年前,Branson创立了维珍银河(Virgin Galactic),立志为大众提供太空旅游服务。几年后Virgin Orbit的故事也拉开了帷幕。维珍银河计划计划使用一款大型、昂贵且定制化的“白色骑士2号”作为其第一阶段的亚轨道太空飞机,其翼展达到了43米。早在2007年,公司的一些领导就考虑过将其作为发射卫星的运输机以增加营收。

这个想法一直被搁置着,直到2011年维珍银河公司的新员工Will Pomerantz 接手才正式将其业务化。该公司开始加大力度着手设计一款由飞机释放的运载火箭,同时聘请了几位曾经效力于SpaceX的核心员工(他们曾从事猎鹰1号及猎鹰9号的相关研制工作)。

SpaceX的创始员工之一Chris Thompson自2012年起在LauncherOne的设计方面发挥了关键作用,随后包括推进专家Robin Ringuette、发射主管Tim Buzza、Roger Carlson以及任务运营主管John Couluris在内的其他一些SpaceX员工也加入到了Virgin Orbit并与他并肩作战 。

这些SpaceX的前员工与其他一些工程师形成了一个相对较小的核心团体,他们为Virgin Orbit的火箭发展作出了贡献。但随着对设计研究的深入,这些工程师意识到“白色骑士2号”所携带的火箭的入轨运力仅约100千克。公司在太空旅游以外的产业是否还有其他重要的规划?由于对这个问题抱有疑问,这些工程师对这款飞机的适用性感到担忧。雪上加霜的是,由于需要大量维护,白色骑士2号可能无法维持高频次的飞行状态。

所有的这些因素驱使该公司寻找这款复合型飞机的商业替代品,最终他们把目标锁定在可额外挂载一台发动机的波音747上,这种飞机在左翼下方预留了结构挂点。Virgin Orbit从维珍大西洋航空公司(Virgin Atlantic)采购了一架名为“宇宙女孩”(Cosmic Girl)、已有14年历史的飞机。消息人士称这架飞机的成本约为1200万美元,并在始于2015年底的改造中又花费了约2000万美元。

(最初)Virgin Orbit是维珍银河在运载火箭领域的分支机构。当时该公司的员工表示,Virgin Orbit将以类似SpaceX早期的模式运作,直到2017年才正式从维珍银河分离出来。公司精简经营,充满冲劲且不急功近利。“当时我们认为失败也是一种可选项。”一位前员工说。

消息人士称,2016年,长期担任维珍银河公司总裁的Steve Isakowitz离开并出任航空航天集团(The Aerospace Corporation)的首席执行官,此后,环境开始发生变化。次年3月,新成立的Virgin Orbit公司任命Dan Hart为总裁,他曾作为系统工程师在波音公司的空间部工作了数十年。Hart有着成功的履历,但他行事更为谨慎。

消息人士说,公司已放弃了尽早开展飞行试验的想法。举个例子,工程师意识到液氧输送管路在载机释放运载火箭以及运载火箭发动机点火的过程中存在破裂的可能,但这个问题无法在地面上开展相关模拟测试。工程师考虑也许应该先空射火箭的一子级测试一下,这样一来他们可以在无需完成运载火箭齐套的情况下更快获得真实的飞行数据。但是这个想法被搁置了。

这可能有助于解释该公司首飞计划的变化。2018年5月,Pomerantz告诉笔者,他预计公司将于2018年年底之前完成几次飞行任务,并计划于2019年进行十二次发射。(实际上他们的首飞一直拖到了2020年5月。)

当被问及Hart给Virgin Orbit公司带来的变化时,Pomerantz表示这位新任公司总裁更加关注机组人员的安全。他说:“我们与其它运载火箭非常不同一点的是飞机上有我们的机组人员,这非同小可。由于此前系统已经基本成熟,某些组件和系统需要进行测试甚至是重新设计以帮助我们确保机组人员和地面团队的安全。”

为了确保乘员安全,Hart在项目中增加了几次飞行测试及一次运载火箭机载高空投放试验。

同时,Virgin Orbit的工程师对水平发射液体燃料运载火箭开展了攻关研究,期间他们遇到了一些具有挑战性的新问题。首先,设计一种能够承受水平飞行过载的运载火箭的难度不言而喻。同时,由于从火箭完成加注到载机平台高空进行投放,整个过程中氧化剂的存放时间长达一小时,工程师们还必须研究如何在地面上对氧化剂进行过冷处理(译者注:由于Virgin Orbit并未设计需要载机在飞行过程对LauncherOne运载火箭进行燃料补加,所以工程师团队需要进行液氧的深冷技术研究,以确保飞行过程中液氧的挥发不会影响最后的发射任务,)。

火箭开发过程中的额外测试和工程问题,以及不可避免的计划延误,所有这些都导致了2018年至2020年的计划延迟。

资金获得了保障?

长期以来,资金筹措对于Virgin Orbit公司来说并不是个问题。Virgin Orbit的团队规模相对较小,在Branson庞大的维珍帝国内,太空旅游和火箭企业被视为类似洛克希德马丁“臭鼬工厂”级别的项目。他们享有一定程度的自主权和试验自由。随着维珍的其他子公司在经济腾飞时期的繁荣发展,这些没什么利润的太空企业每年都会收到维持运营所需的发展资金。

一位前雇员说:“我们只是知道钱每年都会打过来,而且从来没有感觉到我们会面临断粮的危机。这是一件好事,因为我们知道不会饿肚子。”

这种情况可能正在发生改变。COVID-19的全球蔓延给以旅游和娱乐业为主的Branson爵士的业务带来了不小的冲击。今年夏天,为了支撑旗下的其他企业,Branson出售了多达5亿美元的维珍银河股票。鉴于此,维珍在太空板块的盈利压力可能会增加。

那么Virgin Orbit如何才能做到这一点呢?第一步当然是确保LauncherOne能够安全入轨并开始执行商业和政府的发射任务。这种情况可能会在接下来的几个月或2021年初发生。

该公司基于LauncherOne的最大卖点是它是有史以来第一枚空射的液体燃料运载火箭。如果Virgin Orbit能够在较短的周期内保证运载火箭的可靠飞行,那么采用波音747作为火箭的第一级意味着LauncherOne可以在短时间内为小卫星提供任意目标轨道的发射服务。

5年前,维珍银河作出了决定。相较于白色骑士2号,选用波音747执行空基发射是一个更好的选择

(图片来源:Virgin Orbit,Greg Robinson)

“基于载机的空基发射方式(不同于传统陆基勤务塔式发射)的好处是,我们可以满足各种类型发射服务的市场需求,包括一些特殊需求的发射项目” Pomerantz告诉笔者。“我们在新系统及生产设施上的投资带来了诸多收益,比如为我们的投资者带来了丰厚的回报,同时为我们的客户带来了难以置信的优惠。

鉴于很难看到Virgin Orbit仅通过出售发射服务就可以收回前期的投资,业内消息人士对该公司回收其已花费资金的渠道展开了猜测。

盈利之路

一种潜在的途径是将LauncherOne的技术授权给其他国家,就像洛克希德·马丁公司在获得政府批准的情况下处理F-35战斗机的方式一样。在这种情况下,为了使其可在本土发射LauncherOne,一个不具备火箭发射工业的国家可能要向Virgin Orbit支付约2亿美元的技术许可费用

但是这种做法可能会违反《不扩散核武器条约》,该条约禁止出售可能被用于核武器运载的相关技术。由于对扶持本土创业公司可能更感兴趣,目前各国关于购买相关授权的意愿尚不得而知。

另一种途径是,美军可能会比较重视具备向任何轨道提供服务能力的空射火箭。为了维持相关发射服务,空军或太空军可能会提供一些基础性的合同。

Virgin Orbit没有固定的发射基础设施,高机动性是该公司的设计目标

(图片来源:Virgin Orbit)

但是,一位消息人士指出在这之前飞马座火箭已经具备了此种能力。飞马座运载火箭于1990年首飞,由轨道科学公司(Orbital Sciences Corporation)研制,它同样采用载机空射方式发射;在过去的三十年中,它已经执行了44次任务;同时作为固体燃料火箭,它的需求量理论上应该比LauncherOne更大。

轨道科学公司为美国军方提供的发射服务占该公司全部发射任务约20%,但军方却对飞马座兴趣不大。军方从2008年后便再未采用此型火箭执行过发射任务。截至目前,飞马座还从未被用来将任何作战装备送入过太空。

这位业内消息人士说:“我不明白为什么大家都没有意识到这种发射能力其实早已存在。飞马座这种固体运载火箭已经办到了这一点。我不明白Virgin Orbit为何在这个概念上彰显得自己很独特。”

Pomerantz驳斥了这种观点。他说:“每个人都认为自家的孩子与众不同,这是人之常情。但我可以相当客观地说,我们这套基于液体燃料的空射系统就是那么的独一无二。飞马座是空射领域的伟大开拓者,这一点毋庸置疑,但我们这套系统在操作层面和相应的灵活性方面却有很大不同,因此我们并不属于同一类别。”

从某种意义上说,这是事实。飞马座火箭实质上是由业内领先的航空航天公司的现成部件组装而成。由于强烈于依赖供应商,该火箭价格昂贵。目前它的单发成本高达4000万美元

Virgin Orbit尝试以更快、更好、更低成本的方式开展发射服务。为了证明那些质疑者是错的,该公司目前最应该做的事就是尽早取得飞行试验成功并在随后以更高频次执行发射任务。

(全文完

译后记:本文原作者Eric Berger,资深航天记者,本文原载arstechnica.com,原文标题“Virgin Orbit has a unique launch capability, but it has come at a high price”

想了解更多的航天科普新闻,请关注我们的公众号“航天爱好者”!

欢迎各位爱好者投稿,各抒己见,畅所欲言!

欢迎访问我们的网站:www.spaceflightfans.cn

最新的航天新闻聚合和发射预报