【深度】决战SpaceX还是胎死腹中,欧盟阿丽亚娜6型火箭沉浮录

来源:未知 时间:2019-01-08 05:18:44 字体:[ ]

SpaceX所带来的压力是巨大的。猎鹰9号的发射成本约为6200万美元,内部人士称,阿丽亚娜5型的发射成本为1.78亿美元左右,是前者的近三倍。

为了保证发射的灵活性,阿丽亚娜6型火箭又分为阿丽亚娜62型和阿丽亚娜64型。前者包括两个固体燃料助推器,能够运载4.5吨重的卫星至地球同步轨道;后者包含四个固体燃料助推器,能运载12吨重的卫星至地球同步轨道。

文 |特约记者钱伯彦 陈英 发自柏林

1965年7月16日,前苏联质子号(Протон)火箭将科考卫星送入太空,自此正式开启运载火箭的时代。1969年7月20日,美国土星5号(Saturn V)运载火箭首次将人类送上月球。当时,作为全球争霸的唯二超级大国,几乎所有的运载火箭都被美苏垄断。

2018年12月21日,马斯克的SpaceX发射了年度最后一枚“猎鹰9号”Block 5火箭。21次整体发射、13次成功的火箭回收、所有运载卫星顺利入轨,这是SpaceX在2018年交出的完美答卷。

“如果我们能够拿下5笔欧洲科研机构的发射订单,那肯定就能够再吸引7笔商业订单,这样的话,能把成本再降下来50%。”阿丽亚娜集团德国区总裁皮埃尔·戈达特(Pierre Godart)在接受德媒采访时指出,突破点在于争取科考卫星订单。

“2030年时,新款的阿丽亚娜6型火箭将会脱胎换骨。”戈达特说。

位于法属圭亚那的欧洲航天发射中心 图源:space.com阿丽亚娜计划始末6型火箭还是5 Plus?阿丽亚娜6型火箭、猎鹰9号以及质子M型火箭对比图 图源:AFP航天市场还需要新玩家吗?

2018年7月16日,阿丽亚娜集团宣布完成了全新的固体燃料发动机P120C的点火测试。尽管该款发动机被视为阿丽亚娜6型的核心竞争力之一,但P120C本质上仍仅是织女星火箭的第一级固体发动机P80的改款,而P80服役已超过10年。

即使抛开技术因素和资金问题,阿丽亚娜6型火箭和SpaceX的猎鹰9号相比,其浓郁的政治色彩已经给前景蒙上了一层阴影。

1979年12月24日,第一枚阿丽亚娜1型火箭成功发射。其后,欧洲宇航局和阿丽亚娜集团又相继研发了阿丽亚娜2至5型运载火箭,这其中又以阿丽亚娜5型火箭最为成功,它在1996年首次发射。

和SpaceX的猎鹰9号以及重型猎鹰相比,阿丽亚娜5型明显落后于时代。阿丽亚娜5型设计时的初衷是携带大型科研卫星或者两颗重型通讯卫星进入太空轨道。但如今卫星小型化、轻量化的趋势已经不可阻挡。

从德国宇航局到卫星制造商OHB,甚至是阿丽亚娜集团的母公司空客集团,都已经使用过SpaceX的猎鹰9号发射过卫星。在部分批评者看来,欧洲巨头们选择竞争对手的火箭,相当于是给阿丽亚娜5型判了死刑,这就像大众集团的公司内部用车选择了特斯拉一样讽刺。

在这百余次发射过程中,除了头两次试验验证阶段的失败爆炸外,阿丽亚娜5型火箭在正式服役阶段的失败率一直保持为零。

在法属圭亚那的欧洲航天发射基地,距离发射台仅四公里开外的厂房内,阿丽亚娜6型的原型火箭正在如火如荼地建设着。

目睹这一切,大洋彼岸的欧洲人坐不住了。

令阿丽亚娜集团倍感压力的是,距离阿丽亚娜6型火箭首次发射仅剩18个月,但该火箭的发射订单仍然乏人问津。

2014年,全球范围内仍有29颗地球同步轨道卫星待发射,这个数字在2017年降到了10颗。2019年,阿丽亚娜5型火箭已确认的发射订单仅为6笔,而2020年则是尴尬的零。

相比于火神2.0,火神2.1发动机除了略微提升真空推力和燃烧室压力之外(分别为1370 kN和12.08 MPa),唯一的革新之处体现在生产过程中大量使用了激光焊接、激光增材和3D打印技术,并通过这些改变将组件数量大大降低以达到节约成本的目的。

阿丽亚娜6型火箭的唯一亮点也许在于二级火箭发动机。作为最终负责引导卫星入轨的发动机,二级火箭发动机(注:阿丽亚娜6型仅有二级)被视为运载火箭最核心的技术。根据阿丽亚娜集团的描述,阿丽亚娜6型所使用的达芬奇(Vinci)发动机支持四次点火,使其在一次发射过程中将多个卫星送入多个轨道成为可能。

“少有创新,多为改进”,是欧洲专家给阿丽亚娜6型火箭的评语。的确,阿丽亚娜6型火箭的所有关键技术和主要部件,都能在现有的运载火箭上找到出处。

在研发领域上,阿丽亚娜集团节衣缩食,但是生产制造技术的革新却大获成功。在德国不莱梅,阿丽亚娜6型火箭的二级火箭发动机生产线将在该工厂从零开始铺设。阿丽亚娜集团的生产主管卡尔·海因茨(Karl-Heinz Servos)在接受欧洲媒体采访时说:“从生产流程到物流控制,一切(变化)都是为了节省开支。”

这个订单数量远少于阿丽亚娜集团一年12枚火箭的产量。

以阿丽亚娜集团不莱梅工厂生产二级火箭发动机的产能计算,两班制情况下,该厂全年能确保生产12台火箭发动机,三班制情况下则为18台发动机。

其中,决定运力的固体燃料助推器其实仅是加长版的织女星(Vega)火箭。早在1998年,意大利太空署就已和欧洲航天局合作研发改款火箭,2008年,该款火箭已能成熟可靠地发射。

正是在这样的背景下,阿丽亚娜6型火箭被提上了日程。

但欧洲航天局并不愿意为此资助阿丽亚娜集团过多的资金。

目前阿丽亚娜集团能够确认的发射订单仅有8笔:欧洲航天局资助首次发射,欧盟理事会另预定了两次欧洲伽利略导航卫星的发射,欧洲气象卫星应用组织(Eumetsat)预定了4至5次卫星发射,最后一笔发射订单来自于法国军方的侦查卫星。

达芬奇发动机也已经15岁高龄了。该款发动机本应在阿丽亚娜5型(5型ECB)火箭上得到使用,但受累于严重滞后的研发进度不得不取消。

“如果欧洲希望我们能够和SpaceX在市场上竞争,那么我们毫无机会”,阿丽亚娜集团主席阿兰·查莫(Alain Charmeau)在一次会议上公开说道,“这是场不公平的赛跑,因为从一开始我们所追求的就是不同的。”

欧洲航天局的各个参与国需要一种可靠的新型运载火箭用于发射导航、通讯以及科学卫星,以彻底摆脱对俄罗斯、美国和中国的依赖。在确立这个最高目标之时,SpaceX甚至都没有诞生。此外,将耗资巨大的研发测试工作分摊到欧洲各国的研究机构,也被视为促进欧洲文化科学领域大一统的重要推动力。

真正被视为创新之作的火神3.0和火神X发动机,截至目前都未有运用在阿丽亚娜6型火箭上的计划,其背后起决定性因素的仍是成本。

在阿丽亚娜5型火箭的时代,其铝制外壳表面完全由人工清洁并进行粗糙处理,现在则全部由激光处理,随后由机器人负责喷涂隔离层。

编辑|庄键 

越来越少的发射订单、高昂的单次发射成本使得阿丽亚娜5型变得越来越不经济,甚至给阿丽亚娜集团带来了巨额的亏损,不得不愈发依赖于欧盟的补贴。

以固定工位、流水线生产甚至精益生产的理念来制造阿丽亚娜6型火箭被视为降低成本的核心,毕竟这一模式已被欧洲汽车企业和空客集团证明了可行性。

在距离欧盟总部7400公里的法属圭亚那,一座90米高的钢铁建筑矗立于库鲁(Kourou),这里正在建造欧洲圭亚那航天发射场的试验发射台。阿丽亚娜6型新型火箭(Ariane 6)即将进入测试阶段,这是欧洲人对SpaceX所作出的最新回应。

与数十年前太空竞赛时代相比,甚至是和十年前相比,要凑到同时发射两颗重型卫星的机会变得越来越困难。

与阿丽亚娜集团一切从成本出发的“吝啬”相比,该集团的大金主——欧洲航天局也不遑多让。根据欧洲航天局的规划,2020年6月阿丽亚娜6型火箭可开始运载卫星进入太空。

面对挑战,欧洲人的下一步会怎么走?是加快阿丽亚娜6型的研发,使其更具有竞争力,还是通过行政手段将欧洲所有发射订单全部交给予阿丽亚娜集团,即便它比中国或者俄罗斯火箭更加昂贵?又或者选择放弃独立自主通向宇宙的大门?

22年以来,阿丽亚娜5型火箭肩负着运载几乎所有欧洲国家卫星入轨的重任,目前已有超过170颗卫星借助阿丽亚娜5型火箭遨游于太空。2018年9月,阿丽亚娜集团还隆重庆祝了阿丽亚娜5型的第100次发射。

在阿丽亚娜6型火箭的主体部分,其一级火箭发动机使用了火神2.1(Vulcain 2.1)氢氧发动机。火神氢氧发动机的历史可以追溯至1978年,自1986年火神发动机正式投入使用以来,它一直都是阿丽亚娜系列火箭的主力发动机,这其中又以阿丽亚娜5型的火神2.0发动机最具有代表性。

按照欧洲航天局的设想,阿丽亚娜6型火箭一方面将成为欧洲太空机构的主力运载火箭,犹如其前辈一样;但另一方面,也希望阿丽亚娜集团能够像SpaceX一样征战商业航天市场,以期达到自负盈亏的目标。

在商业卫星仍处于起步阶段时,国家机构的卫星发射订单是打开市场最好的敲门砖。2018年,SpaceX就斩获超过10笔类似订单,但阿丽亚娜集团仅获得1笔。

阿丽亚娜5型已经被广泛证明是成熟可靠的。此时,SpaceX出现了。

与以商业为导向的SpaceX相比,阿丽亚娜6型火箭本质上是个政治挂帅的项目。

1973年,在不甘人后的法国主导下,11个欧洲国家决定在太空领域开启合作,并于当年成立了欧洲宇航局(ESA),欧洲人独立的运载火箭计划——阿丽亚娜1型项目也随之开启。

戈达特对此保持了乐观。毕竟全新的普罗米修斯(Prometheus)火箭发动机已经在研制,该款发动机预计可重复使用且成本仅为目前火神发动机的十分之一。

来自阿丽亚娜集团官方的消息称,6型火箭将在确保和上一代机型具有同等可靠性的前提下,将成本压低四成以上。节约成本的关键在于对研发资金的压缩以及生产方式的变革。

据海因茨透露,阿丽亚娜6型完全投产后,每一枚火箭在流水线上每个工位最多停留五天,一枚火箭的生产周期最多持续一个月。

作为空中客车集团和赛峰集团的子公司,阿丽亚娜集团将投资4亿欧元研发6型火箭。但研发6型火箭预计至少需要35亿欧元,剩余资金则来自于欧盟总部以及欧洲航天局。

这其中唯一缺乏的是对火箭制造商本身的商业考量。

在猎鹰9号已经成功实现火箭回收的当下,仍然通过生产控制成本的一次性火箭显然缺乏优势。为了确保公司盈利能力,阿丽亚娜集团预计到2022年,将裁员2300人,这将是总员工人数的四分之一。

“尚未问世就已落后”,也许就是阿丽亚娜6型火箭举步维艰的根本原因。

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