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载重 150 公斤的小型火箭,如何促进了太空探索的民主化? | TED 2019 现场报道

周韶宏2019-04-20 06:54:34

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距离人类发射第一颗卫星已经过去 62 年,卫星能够做成鞋盒大小,但人们对于火箭的认知依然是庞然大物。地球周围环绕着近 5000 颗人造卫星,它们中绝大多数由大型运载火箭送上天空。

“太空探索领域正在发生变革——不是大的变革,而是小的变革。”火箭实验室公司(Rocket Lab)CEO Peter Beck 在 TED 的演讲台上说。他身后的屏幕放映出一颗置于指尖的芯片照片,这颗芯片支持摄像头和各种传感器,一颗人造卫星需要的全部运算能力都在这个米粒大小的空间。

火箭实验室的产品名叫 Electron,采用碳复合材料,直径只有 1 米高 18 米,最大载重 150kg,但它的推力足够将自己推入距离地球表面 500 公里的近地轨道,这差不多是国际空间站的位置。Space X 的 Falcon 9 相比之下是座巨人,有 3.7 米的直径和 70 米高度。

小不是重点,Beck 认为更重要的是发射频率。“想要太空民主化,发射频率是关键因素。”

Electron 火箭一次的发射成本大约为 500 万美元,Falcon 9 需要 9000 万。但是后者的载重更大能达到 Electron 的 300 倍,所以算单价的话每公斤还是 Space X 更便宜。

小火箭能灵活发射,Falcon 9 往往需要多家需求方“共乘”,大家凑在一起,各家需求又不尽相同,时间上就很难把握。

2018 年 11 月火箭实验室首次发射商用火箭,目前已将 25 颗人造卫星送入轨道。

Falcon 9,俄罗斯“联盟”号,印度 PSLV 火箭等等大型火箭都依此运作,“顺路”的小卫星发射任务也有专门的公司负责外包,比如美国 SpaceFlight 公司,他们的业务就是专门购买大型火箭发射时多余的载荷能力,打包卖给有小卫星发射需求的组织,让小卫星搭车。

SpaceFlight 的网站可以看到未来计划发射的大型火箭的时间表,上面写明了轨道参数和时间,你只需要选择自己卫星的大小和重量就能获得报价。

就像公共汽车和出租车,二者各有优劣。Beck 还有一个比喻,说自己是太空旅行界的 FedEX,是“把包裹送到你家门口的那个人”。

《纽约时报》去年的一篇报道写到,美国军方正考虑使用小型火箭发射卫星,因为时间更有弹性,能够快速部署,给敌对方更少的反应时间。

“如果要每 72 小时发射一次卫星,那就需要能每 72 小时造一个火箭。”Beck 说。

为了达成快速生产,Beck 的小火箭的发动机几乎全部使用 3D 打印生产,发动机的制造周期 24 个小时。

火箭实验室公司将发射场地在新西兰,Beck 解释说这与发射成本有关。频繁发射的问题在于,每次发射都需要关闭大量的空域,航空公司每分钟就要损失数万美元。所以最适合的地方就是一个没太多人、没太多航班的地方,新西兰再合适不过。

火箭实验室位于新西兰的发射基地。

商业太空崛起后,卫星小型化,发射低成本化是卫星产业的基本趋势。人类第一颗卫星重达 83.5 千克,而 Planet Labs 公司 2014 年发射的迷你卫星只有 4kg。

微型卫星公司能密集部署廉价卫星,马航搜救工作中这些公司就起到过关键作用,卫星成像图帮助政府缩小了搜救范围。 Planet Labs 公司已经发射了 146 颗微型卫星,创下了人类历史上发射最多卫星的记录。

另一边整个发射行业成本走低。2004 年美国联合发射联盟的单次发射报价在 7000 万到 9000 万美元之间,国际发射服务的价格在单次 1 亿美元左右。到 2014 年,Space X 单次发射的价格已经降到了 5400 万美元左右,可回收火箭成功后,每次发射的成本直接降低到了 3-500 万美元一次。

火箭实验室公司面临的就是这样一个快速增长但也竞争激烈的市场,目前全球有超过 30 家企业在竞争航天发射市场,Space X 的早期员工 Jim Cantrell 和 Tom Markusic 也分别有自己的小型火箭公司。

转卖大火箭空余位置的 Spaceflight 也是威胁,他们曾经计划收购火箭实验室公司的发射空间,这样后者就变成了供应商。

欣欣向荣的投资热点另一面是风险,Tom Markusic 的 Firefly 公司曾经拿到过NASA 订单,后来投资人因为英国脱欧退出,紧接着美国的投资方也退出,这家公司 2016 年倒闭了。

火箭实验室 2018 年底拿到 1.4 亿美元 E 轮融资,公司估值超过了 10 亿美元

也有过技术难题,2017 年 5 月 Electron 带着 3D 打印的电池动力进入太空,但却没有按照计划进入轨道。将近一年之后,2018 年 1 月 Electron 火箭才第一次进入轨道,之后火箭实验室宣布 4 月发射他们低一枚商用火箭,结果因为技术问题连续两次推迟,公司重新设计火箭方案,到 11 月才完成任务。

还有一个显而易见的隐患——太空民主化带来的太空垃圾,Nasa 目前已经追踪到超过 50 万块漂浮在我们头顶的太空残骸。

“大部分垃圾并不来自卫星,而是火箭升空途中脱落的推进器。”Beck 说他们一开始就考虑到这个问题,于是设计了没有残骸的方案。

通常火箭升入太空后一级火箭坠入大气层烧毁,二级火箭载着卫星进入轨道,卫星脱离之后这部分航天器就变成了漂浮于太空的太空垃圾。Electron 的二级火箭也有独立的推进系统,它会自己改变方向,同样进入大气层消失。

“这是我们行业肮脏的小秘密,二级火箭留下了 20 倍于卫星质量的垃圾。”Beck 说。


题图来自 TED,插图来自火箭实验室

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