人类对速度的渴求,正在让火箭变为新时代的交通工具

2019-05-30 13:00极客公园

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从 1970 年,中国第一颗人造卫星东方红一号的音乐响遍全球,到 2005 年神舟五号飞船首次进入太空,再到 2019 年嫦娥四号成功在月球表面软着陆,中国正在从航天大国奔向航天强国。令人欣喜的是,中国民营商业航天公司的迅速崛起,让国家队不再形单影只,这些商业航天公司正在向全产业链、全场景突围和赶超。其中,凌空天行就是其中一家具有代表性的企业。

刚刚利用「猎鹰 9」运载火箭,成功把「星链」首批 60 颗卫星送入轨道的美国商业航天公司 SpaceX,距离全球卫星互联网的构建又近人一步。上一次,这家明星企业受人瞩目是依靠垂直降落技术完成了火箭回收,而在中国商业航天领域,凌空天行也不甘示弱,在今年 3 月成功发射了首枚可回收火箭——「天行Ⅰ」。

显然,商业航天正在演变为一场国际间的「力量角逐」。凌空天行 CEO 王毓栋认为,只有与日常生活衣食住行紧密相关的产业,才能迸发出蓬勃的生命力,火箭作为一种运输工具,正在悄然改变我们的生活,即将成为接下来十年的新型出行方式。

以下是凌空天行 CEO 王毓栋在 BMW · 极客公园 Rebuild 2019 科技商业峰会上的演讲部分内容,经极客公园编辑整理:

王毓栋:大家好,我是凌空天行创始人王毓栋,我们是一家商业航天的创新企业,简单讲是做火箭的。做火箭的人并不神秘,就像很多人从校园里出来进入互联网、金融企业或者变成医生、律师等等一样。我和我们团队成员在毕业之后,都是加入了航天这项伟大的事业中。在这十年里我们围绕火箭以及相关的航天器做了许多事情,我们试着把更多的产品或者人送到太空再带回来。

今天我很感谢极客公园提供了这样一个平台,让我跟大家一起分享我们的思考或者理想,题目就是《乘坐「火箭」是否能成为未来十年的出行方式》。

首先是我们来讨论一下什么是「火箭」?大家应该对火箭有一些直观的认识,因为现在很多的火箭发射都会现场直播,这让许多普通人了解到了火箭。最近几年,国内外商业航天公司也都纷纷如雨后春笋般涌现。火箭本质上来讲是一种运输工具,它通过航天技术和空间的环境将需要运送的物体从一个点送到另一个点,无论是从地球到太空,还是从地球的一个地方到另一个地方,这都是火箭可以做的。

那么火箭通常会运什么?卫星想必大家非常熟悉了,可能有很多人也知道 SpaceX 刚刚发射了 60 颗小卫星;像昨天大会讲到的讲到的好奇号火星探测器,以及电影中的变形金刚,都可以通过火箭进行运输。

今天我们的主题是人,一个大的产业只有跟人的日常生活、衣食住行结合在一起的时候才能有它自己蓬勃的生命力,所以今天我想分享一下用火箭是否跟人能产生一些关系,就是能否变成运人的工具呢?首先我们来看看火箭的发展是怎么发展的。

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人类从最早靠走的时代通过对速度的追求让我们逐渐学会了骑马来提高速度。直到上世纪的时候,人类速度得到了巨大的提升,我们学会了使用汽车,再之后飞机进入到我们的生活,人类体验了鸟儿般在天空中飞行。这期间,人类行进的速度已经从几百或者几十公里每小时,变到现在常规的 900 公里每小时的航空运输。

不知道大家是否有所了解?在上世纪最后二三十年里,人类航天航空历史上出现过很多神迹,为什么说神迹呢?协和号飞机实现了 2600 公里/小时的速度,航天飞机作为人类最复杂或者最美丽的产品,在 1981 年进行了首飞,随后将人类行进的最高速度提高到了 2.8 万公里每小时,达到了速度的顶峰。

而在这之后,协和客机与航天飞机纷纷停止运行,好像一切又归于平静,我们又回到了每小时 900 公里的速度。

可实际上,人类从未放弃过对速度的追求,而人类对速度的追求形式也从未改变过,航天至少到现在都是人类能够达到速度顶端的唯一方式。大家比较熟悉的是 SpaceX 的星舰计划,维珍银河的太空船 2 号,这两个是不同的产品,但是特点就是一个,就是运输。无论是把人从纽约运到上海或者火星,还是把人带到太空中旅行之后再带回来,都是利用航天技术实现短时间高速高空的飞行。

那用火箭飞行实际上是一种什么样的体验呢?这个过程简单说就像火箭一样出发,像鸟一样返程,这是典型的火箭飞行方式。起飞的阶段大家会经历短时间的过载。什么是过载?就是推背感,这种感觉我相信绝对比大家在开车时突然猛踩油门更加强烈。经历火箭起飞段之后,将进入太空,感受到相对真空的环境,这时候大家能感受到的是万籁俱静的状态,看到的是地球为背景的美丽风光,这里没有噪声和发动机的轰鸣。最后,火箭会再入大气层返回地面。

马斯克先生曾经说过(星箭)从上海到纽约只用 1 小时,作为工程师出身的我可以给大家明确的表示:这完全是可能的。考虑到人身对过载和飞行环境的适应,考虑到加减速的状态,这种一个半小时穿越大陆的飞行是完全可以实现的。我们经过测算给出了一个时间,从北京到迈阿密 1.5 小时,到布宜诺斯艾利斯是 2.5 小时,这是什么概念?就是把现在基本上 12 小时的航空飞行时间转化成现在的 1/10,这个 1/10 的时间看起来只是时间上的变化,但是这些右能给生活带来什么样的变化呢呢?实际上时间的改变将改变人类整个生活的时间观。大家可以想像,因为从中国飞到美国的一个小时里,相当于从北京三环到五环的时间。大家可以在 1,2 个小时之内,从全世界任何一个角落与家人相约,与爱人相聚,可以让全世界任何一个需要及时帮助的人,拿到最及时的产品或者是及时的帮助与救治,这些东西将改变人类现有的生活方式。

谈到火箭出行,大家可能很关注成本,我们坐火箭到美国到底要花多少钱?成本方面我用一个大家比较熟知的例子去说明它,维珍银河到今年已经开展了多次的载人飞行,预计到下半年将把它自己出售的 700 张载人旅行门票做太空旅行实验,最后一张门票卖 20 万美金。每架飞机上可以乘坐 6 人,相当于是 120 万美金,每次从地面旅行、飞机挂载、火箭发射,然后在太空载入,整个过程收费 120 万美元。我们自己做过简单的测算,如果说从一个地面起飞的火箭,将 6 个人以及这 6 个人的维生系统,我们按照高铁一等座提供的空间,飞行到 100 公里以上的太空边缘待 10 分钟再回来,大概需要 8 吨的火箭推进剂,成本绝对小于 20 万元人民币。这是巨大的差异,120 万美金一次的飞行和 20 万元人民币必须消耗的成本,看起来维珍银河的这项商业服务还是很划算的。

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为什么我举这个例子?就是想告诉大家,全世界包括 SpaceX 和其他航天人,他们都在不断努力地想将人类的速度提升到极限。这实际上就会衍生出一种相对高效的出行方式,而在这个状态下,我们很有可能做到很多人或者大部分人完全可以接受的商业运营模式。

再说技术方面,上世纪航天飞机从 1950 年开始研制,1981 年首飞到 2011 年退役,利用那个年代相对不如现在先进的动力、材料、电子技术下,尚且实现了 2.8 万公里每小时的飞行速度并且还持续飞行了 30 年。虽然可能很多人知道航天飞机退役的一大原因就是维护成本高,但从我的角度可以分享一个观点:它退役并不是因为成本高,因为如果真的高的话它可能远不到 30 年就退役了,而实际上是因为大家已经找到了更便宜、更便捷的方式去实现这种飞行方式,就比如内华达山脉公司的「追梦者「小型航天飞机已经被美国 NASA 采购,并即将开展太空飞行。

另外,我再从动力、材料、电子再为大家解释下:

动力,航天飞机采用的液氢液氧发动机毫无疑问是航天史上动力的皇冠,但是液氢昂贵的价格和使用难度影响了其普遍性。有可能很多人现在偶尔听到过很多国内商业航天企业不断用液氧甲烷或者煤油发动机点火成功,这使得未来的航天动力,慢慢变得更加可得、更加便宜、更加可靠。相信不用十年,甚至是 3 年后这些航天企业使用自己动力的火箭就会上天。

材料也是很有意思的事情,航天飞机最昂贵的一部分就是材料,每次回来就要维修,而我们上个月的飞行中采用了类似于航天飞机表面的陶瓷瓦材料作为我们飞行表面的防热材料。而现在的成本已经相对于当年航天飞机的使用下降了几个量级,同时陶瓷瓦在飞行后的状态非常好,这些年技术的提升已经让我们可以制备更便宜更扎实的材料用于飞行。

电子也是特别有意思的话题。我们现在的一个手机很有可能比航天飞机上所有电子器件的计算能力都高。而在我们上个月的火箭飞行试验中,我们做了一件非常有趣的事情,我们把一个市面上的新款手机装到了火箭上,这款手机没有做任何加固和测试,只是打开手机摄像头,结果它经历了完整的火箭飞行过程,拍摄了火箭从发射前到发射后两个多小时的视频,并完好无损的回到了地面。我想表达的是技术发展到今天,所有的技术门槛也许都不再存在了。

在可靠性方面,火箭给大家的第一感觉就是发射少,好像出问题就是灾难性的。我给大家一个数据,我们统计了 2016 年到 2018 年,全世界进行过的载人航天飞行一共有 41 次,换句话说差不多每个月就会有一次载人航天飞行。这三年间,总共有一百多人进入过太空,而且百分之百的全部安全返回了地面。这是真实的状况,并不是离我们那么遥远,而是非常真实。

用火箭出行,首先在设计的时候要以人的安全为前提,在极端的情况下首先要保证人的安全,所以在每个载人航天器设计的初期,无论是联盟号火箭的逃逸系统,还是 Spaceliner 的应急救生系统,都是把人放在最关键的位置上考虑的,这是一种更安全更可靠的设计考虑与模式。

在成本、技术和安全性都可以保障的前提下,那未来十年里会发生什么?肯定会有更成熟的动力,现在无论是中国还是美国,大量的企业在推进航天动力的重复使用。实际情况是,不管是国外还是国外的火箭发动机测试,都是先地面点火测试然后再飞行测试,它的成功使用性可以通过更多的飞行试验次数来进行考核。未来十年里,更多的飞行次数势必会带给火箭更高的可靠性,更完善的回收手段,不管是 SpaceX 的垂直回收,还是像飞机一般的水平着陆,都将更加安全,拥有更加广泛的应用领域。随着大众不断对火箭认识的加深,从今年维珍银河的太空旅行开始,到未来的常态化的火箭出行,都不再遥不可及,将变得更加现实。

对于未来,我们会从成本、技术以及可靠性上去保证人和火箭的可靠。我们劈出的第一刀,不管是杀猪刀还是屠龙刀,但是我们还是愿意继续沿着这条路往下走。用我们自己的青春与动力拉近航天与大家生活的距离也试着用自己的努力去创造一些前人没有创造过的事情。我相信未来十年,火箭能够成为未来大家出行的一种新方式,我和我们团队也一定会跟所有梦想太空飞行的人们一起去实现它,谢谢!