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中国民营火箭分析

洞穴之外 理念世界的影子 2021-06-23

公众号:理念世界的影子

文不可无观点,观点不可无论据。

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我们也期待见到中国版的Musk,见到中国版的SpaceX。但我们不希望看到总是十分冷静地把SpaceX挂在嘴边的人。而希望他们是冷静又狂热的人,面对现实冷静,面对技术狂热,真正设计出改变世界的技术和产品,给大家带来热情和信心,成为中国乃至世界的精神图腾。



1


在SpaceX一级垂直回收时,很多人说国内为什么不做?是不是技术不行?等到前几天航科一院12所放出一段回收的视频后(《垂直回收,稳!》),网上一片欢呼,当然论坛中也零星夹杂着不服:有种换航天发动机试试。


展开之前先讲一个故事。


塞勒斯.韦斯特.菲尔德(Cyrus West Field)决定铺设一条横跨整个大西洋的电缆。经过几年的准备后,1857年终于开始了第一次铺设,但中途电缆突然从放缆机绞盘滑落,小小的技术差错毁掉了几年的工作;1858年,菲尔德带着新的勇气再次启航,但遭遇风暴,舱内电缆打结、受损严重,再次失败;菲尔德以他坚韧不拔的决心和理想主义的献身精神,五个星期后第三次启航,终于铺设完成了所有电缆,但在几百万人的欢呼声背后,有一个最重要的声音沉寂下来---海底传来的电报讯号越来越不清晰。原本欢呼的浪潮突然反冲回来,一齐气势汹汹地扑向了菲尔德。这个昨天还被当做民族英雄、富兰克林的兄弟和哥伦布的后继者的人,成了怒火喷发下的牺牲品。之后整整六年,这条电缆就静静地躺在大西洋底。突然,有个人出现了,还是原来的哪个他,仍是那个充满信念、充满信心的塞勒斯.韦斯特.菲尔德,从默默无闻的放逐和幸灾乐祸的蔑视中站了起来。1865年,一艘装载着新电缆的巨型海轮离开泰晤士河,但试验仍以失败告终,1866年,巨轮再次出航,这次终获成功。历经十几年,5次尝试,跨越大西洋,联络欧、美大陆的第一条电缆终于成功了。


SpaceX的航天历程是否有点像这个?包括在回收上的尝试(碰巧的是,Falcon 9海上成功回收也是第5次)。


大西洋海底电缆成功敷设3年后,菲尔德和他的投资人就收回了全部投资。由于菲尔德的成功,跨洋电报的应用越来越广泛,1869年,法国成立了一家新的公司铺设了一条从法国到美洲的跨洋电缆,到1900年,跨洋电缆的数目已经上升到了15条。除了大西洋外,从苏伊士运河到孟买,从新加坡到澳洲都被海底电缆联通。在铺设这些电缆时,再也没有那么多的波折。因为什么?因为技术变好了吗?不是,因为信心!因为菲尔德的成功给了大家信心!


自古希腊以来,人们一直试图实现4分钟跑完1英里的目标,为达这个目标,曾让狮子追赶奔跑者都没有实现。于是,许许多多的医生、教练、运动员、学者断言,人不可能在4分钟内跑完1英里,而且从骨骼、肺活量、风阻等方方面面进行了论证。直至1954年,有个人忽然之间完成了这个极限挑战(罗杰.班尼斯特,3分59.4秒)。不可思议的是,当年就有37名运动员跑进了4分钟大关,第二年后,人数已经超过了300名。


垂直回收,最大的障碍是技术吗?最大的障碍其实在人的脑子里。感谢SpaceX,给了所有人以信心!正如莎士比亚所说:疑惑是种背叛,使我们遇事畏缩,输掉本可赢得的好与善。


SpaceX的成功,给了火箭垂直返回以信心。在SpaceX走通这条道路之后,后面人的复制,已经不再是一个多难的技术问题(工具已有,变推力 二向箔与降维攻击---FH成功的技术逻辑链及对我们后续工作的启示(3)》和凸优化GNC---火箭怎么飞到目的地(4)---算法描述(猎鹰9火箭是怎么返回地面的)),而且最重要的是,不会在最关键的信心上有多少贡献。当然,相关人士在开展这项工作时,肯定会有自己独特体会,贡献了自己的智慧,相信系统内肯定也会给予承认和奖励。只要突破自我,都值得肯定。


2


也许有人想:既然不难,为什么中国没有第一时间干呢?是之前技术积累不够吗?这次的试验突破了相关技术,这下该干了吧?


很多问题看似技术问题,其实不然。开展回收了,现有的人力资源和生产设施如何安排?


也许可以简单并无限正确地说:交给市场,自生自灭,不要阻挡历史前进的脚步!


可惜社会没那么简单。1069年,宋熙宁二年,王安石开启变法,以发展生产、富国强兵、挽救宋朝政治危机。即使现在来看,变法的内容都是那么正确,那么现代,但仍以失败告终,并最终导致北宋王朝灭亡(南宋对变法的定性),中国历史走向了另一个十字路口。1344年,元至正四年,黄河泛滥成灾,宰相脱脱极力主张修黄河,本想挽救国家于危难,然而却适得其反,中国大地战火重燃,敲响了元帝国覆灭的丧钟。


直接淘汰落后设备、产能和人员,靠阵痛来促成进步?然而,痛并非全是阵痛,有可能是长痛、惨痛。俄罗斯开展“休克疗法”,希望休克后能回归正常,可惜现在仍在休克,或者死亡中。回收可以节省人力、节省成本是一定的,但多年积累和稳定下来的生产和工艺队伍,会否就此休克,可就不那么一定了。


人类社会运行中的惯性,不可能是非黑即白的。很多轰轰烈烈的运动,最后的结果未必会好。好的布局,一定是循序渐进,赢得人心的微妙平衡,或者创造新的利益平衡,最终才能开展正如汉初削藩激起“七国之乱”,虽经平定但问题并没有得到本质解决,直至汉武帝推行“推恩令”措施,方收到了很好的效果。这个与领域、与行业无关,是人类社会发展的本性。这也是很多改革措施,领导永远都会说,一定要正视改革的复杂性和艰巨性的原因。


3


也许还有人说:咱们承认,国家队考虑的多,历史包袱重,开展工作不可能不管不顾地蛮干,有没有其它办法加快垂直回收进程?靠商业航天行不行?靠商业航天(在本文中特指民营火箭)来拓展新技术,倒逼国家队发展。国家队选择缓慢前行时,如有外来激励,应能达到众志成城吧?


笔者判断,目前而言想多了,一看目的,二看现状,三看人才,三者分别代表过去、现在和未来。


先看目的。现在谈军民融合,商业航天被寄予厚望。“军民融合”这个词首先出现在1994年美国国会技术评估局在《军民一体化的潜力评估》研究报告中,并提出其好处在于节省费用、促进技术交流和扩大军品供应渠道。以史为鉴,当前中国国力蒸蒸日上,会否遭遇“修昔底德陷阱”?作为大国,怎么可能将命运交给运气,因此不管官媒怎么说,加强战备是必然选择。军民融合,就是升华的三线建设。三线建设是将一点复制为多点,而军民融合是将点变成面,从而极大地增强战略稳定性。此外,武器装备花钱将超出想象,美国一个航母战斗群,养一天的钱就有2000万人民币。别看现在大火箭、大航母、大飞机井喷发展,将来真要大规模装备,花的钱将是天文数字。唯有军民融合才能消化这个大蛋糕。因此,军民融合的本初目的从来不是看中商业航天开拓技术,如果有,也只是意外之喜。


再看现状。原设想民营火箭遍地开花,现在看来都还在叼着奶嘴呢。亚轨道和轨道飞行进行了几次,但事实说,有哪次不是将潭里的螃蟹拉到湖里涮一下,然后包装成阳澄湖大闸蟹卖的,与SpaceX有天壤之别。


其实说起来不能怪这些企业。当今中国尽管热钱很多,但流入航天的太少。从公开途径看,目前第一梯队几家公司融资额均在5亿元上下,与一个教育app的轻松几亿融资没法比,与摩拜、ofo的10亿美元融资没法比,与贝佐斯每年为蓝色起源投10亿美元没法比,与SpaceX这些年获得NASA的70亿美元更没法比。Ribon代表曾提案,鼓励民营企业进入航天领域。现在国家倒是鼓励了,但也没见Ribon进来呀。估计他算了笔帐,商业航天,尤其是火箭领域的商业模式不清晰。商业航天目前市场份额3000亿美元左右,而火箭发射只能占到2%的份额,而且还需前期大量长时间投入,怎么挣大钱?


即使佼佼者如SpaceX,财报看起来也十分不理想。下图深色为运营利润(《SpaceX的财务状况和预期首次曝光》)。2015年SpaceX的收入预计为18亿美元,运营利润5500万美元,但一出爆炸事故,就损失2.6亿美元,前几年赚的还不够这次赔的。这也是为什么,musk一力主推卫星互联网,并因不满开发和测试进度,曾一口气炒掉至少7名高管(炒高管、放狠话,马斯克为2019年年中发射SpaceX互联网卫星拼了》)。


再看人才。前几天商业航天轨道飞行的失败(《蓝箭航天关于“朱雀一号”飞行试验结果初步解读),大家均以鼓励为主,说重启再来,总会成功。此话总体上、原则上不错,但操作上大有讲究。不能看SpaceX总在成功,因为SpaceX本来就是NASA加持的,甚至都有点私生子的味道。建议看看RocketLab公司的electron火箭(笔者最爱,见《“电子号”火箭运载能力有150千克吗?》,《 新型发动机循环---让商业航天变得更容易》),即使选择了一个相对简单的电推(电泵循环推进系统)动力系统方案,仍是小事不断,推迟不断,落得个“电推推”的外号。也许这才是民营航天的榜样,这才是商业航天常态,而SpaceX是变态。


航天是一项系统工程,数以万计的零件,要求1件不许出错。一发火箭也就用几十吨、最多几十吨铝合金,为何报价数亿到几十亿。因为要的钱不仅仅是钢材的钱,而是对钢材的认证费。飞行中可能涉及的工况,事无巨细,一一都要试验到,才能确保飞行不出问题。否则就像Falcon1,一会儿螺母腐蚀失败,一会儿晃动失稳,一会儿撞上二级喷管失败。失败的原因千千万万,成功的道理只有一个:一个都不能错。而覆盖这些试验,就要耗费巨资,别说商业航天耗不起,就算耗起了,成本优势也消耗殆尽,怎么和系统内拼?(天仪研究院CEO杨峰认为,卫星客户并不在乎发射的火箭到底是大火箭还是小火箭、固体还是液体、国内还是国外等情况,他们在乎的是时间、成本和可靠性《为何火箭巨头看衰小火箭,卫星巨头投资小卫星?》)。


怎么破局?在生活中,我们用的方式是留余量。1个人骑的摩托车,甚至50个人站上去都没问题,这时根本不需要操心载荷和试验。但航天不行,航天是要火箭自己将自己送上太空,余量太大飞不上去。1个人骑的车,绝对不能坐2人,甚至这个人多穿件衣服都不行。这是航天的本质特征之一:必须干的精细!


又想精细,又要少花钱,怎么办?靠人才,靠核心人才。靠正直当打之年,具备系统思维能力,具备跨专业能力,在工作中经受了非同寻常历练,且具备学习和反思能力的人才。只有他们可以横跨几个专业,清晰地认识到什么是关键的部件,什么要求和试验是可以放松的,什么是原则性的;只有他们可以系统思维、闻一知十,从类似事件或他人经验中获取经验教训,而不是让所有教训从头全部再来一次。


目前航天系统内人才均出自系统内,而且流通渠道极为有限。与美国相比,我们搞商业航天,有两个重大区别。


一是美国的分包商机制,人才流通机制无碍。而在中国,火箭领域顶级人才很少,只有极少数几个在新一代运载火箭研制过程中冲杀过来的第一线员工(而且大多数集中在总体设计部,这里不是说分系统没有人才,而是分系统相对而言很难有大把机会见识、经受、解决和体验火箭各项事物间的广泛联系,人才更需要历练)。对此广大商业航天公司应有清晰认识,但毋庸置疑地说,笔者有幸认识的、所尊敬的、公认为优秀的几个人,几乎均未被挖走过。另外有凤毛麟角的一两位被挖后,本想一展身手,但却陷于人事纷争,干的未必痛快,如何全情奉献自己的才智。


二是美国二战和冷战时期形成的过剩产能,需寻求释放渠道。美国军工评论家甘斯勒1995年在《国防转轨》一书中称:在第二次世界大战期间,美军工企业开足马力,为盟国生产了296000架飞机、1201艘舰船、65546艘登陆艇和86333辆坦克。后又经美苏军备竞赛驱动,在长达40年的冷战时代,美国军工基础实际上始终处于战时状态。它是一个庞大复杂的体系,国防部每年都要为之耗资上千亿美元,以维持每年大约1500万个独立合同项目,平均每天约4万多项。就像红楼梦中刘姥姥一进大观园时对凤姐说的:您老拔根寒毛比我们的腰还粗呢?


成功虽然终会到来,但未必会那么容易!


4


也许有人会接着问:这也不行,那也不行,中国航天如何去?航天从业者何去何从?提些不成熟的看法。


北大高材生刚进华为,洋洋洒洒,向任正非大谈华为战略!任正非批复:此人如果有精神病,建议送医院治疗,如果没病,建议辞退。看到本文的如有领导,就当笔者有病哦!


要摒弃就事论事的思维方法,将思维上升更高一层。高手从不解决问题,只是转移问题。要在一个更大的框架下,自然引导事物往好的方向发展,而不是头痛医头、脚痛医脚。


国有企业:

一是推进重型运载火箭立项和研制。在发展中解决问题,只有发展才是硬道理,发展是解决一切矛盾的最好办法。在发展中改革,在发展中化解当前的矛盾,在发展中发展新的技术。


二是加速毒发淘汰。所谓一代人干一代人的事情。看俄罗斯的火箭最近事故频发,图纸还是哪个图纸,工厂还是那个工厂,但人已经不是那些人了。美国EELV计划曾明确表示,要在2020年退役Delta4和Atlas5,现在他们在执行着(笔者认为,美国强大在其系统工程能力,一直想写篇软文,但资料一直未收集好)。人对于不是自己搞的东西,一是不会太熟悉,会造成人才断层,影响后续的发展,二是对于习惯的事物,然后陷入僵化,没有改进的驱动力和欲望。一片升平中,往往已经隐藏了衰败的基因。


三是设计新装备时,应考虑军民兼用。军用装备带有民用用途,民用技术可用于军用装备。从而做到节约国家成本,增加战时潜力目的。


四是改革永远在路上,钱穆在《中国历代政治得失》中说,任何制度,即使初始合理,但在运行过程中,肯定会走样,最后变成不合理。很多中国航天成立之初的制度运行多年,肯定也会逐渐难以适应形势发展,出现各种问题。改革永远在路上


商业航天:


开展细分市场产品研制。《军民一体化的潜力评估》报告认为,军民一体化应区别对象,分别对待。不是所有的技术项目、所有的产业部门或各级厂商都一样适合于一体化。复杂的武器系统,因需要高度的系统合成,一般不适合于一体化,承担武器系统总装任务的第一层主承包商,不太适合于把商业惯例和军事做法融于一炉;而底层厂商的活动,如武器系统部件和零件的生产,对一体化相对适应,大都有可能搞军民融合,他们的产品和工艺,比主承包商的更便于军民两用。


这里不是说商业航天就不能当主承包商,但一窝蜂都当主承包商,肯定是不符合规律的。正如网上的段子,有个地方,一堆人一窝蜂开加油站,然后黄了,而另一个地方,有人开加油站,有人开餐厅,不久后就形成了一个城市。目前中国的商业航天还是个幼苗,且先天营养(资源和人才)不足。整合极为有限的资源,报团取暖,开展细分市场研制,形成自己的拳头产品(譬如现在蓝箭在液体发动机上的浸淫),以发展保生存,再以生存保发展,必将是历史选择。


从业者:


对于个人,以出世的心,干入世的事


认识到社会运行的大规律,懂得任何封闭系统,终会走向热寂的热力学定律;懂得没有不死的企业,任何成功的组织在它成功的那天就已经埋藏好了死亡的种子;懂得在当前快速发展的社会,未必可以做的出精品,因为钱都来得太容易了,谁愿意去挣复杂的钱。以平常心,对一切事情泰然处之,没有愤慨,没有失望。


没有愤慨,没有失望,不代表没有进取。达则兼济天下,穷则独善其身。对组织有情怀,凡事力争;对个人有要求,严慎细实;对技术有品位,会欣赏能操作。


5


航天是人类的未来,人类终将走出摇篮。作为航天的一大范式,商业航天必将在飞往太空中发挥自己作用。但商业航天路漫漫,既要冷静地分析,更需要有人狂热地对待,否则将永远不会前进。商业航天这颗种子,美国用了50年时间才发芽,直至Musk才大放异彩。而这颗种子,我们刚刚才种上,尽管艰难,但我们敬畏新生命,尊敬那些砥砺前行的人,他们终将改变历史。


菲尔德故事的讲述者,《疯狂的投资》一书作者,美国经济历史学家戈登认为,“菲尔德的宏伟事业吸引了世界的目光,顶级的科学、工程、商业及其他相关领域的人才都参与了这一工程,但成就还是要归于菲尔德,因为他在大西洋电缆工程中的地位就像戏剧制作过程中的制片人一样,演出、导演和布景都不是制片人的工作,但如果没有他,其他人也就没有了用武之地。”由于他的坚韧、乐观和创造性工作给这个世界带来的财富,远比他获得的要多得多。1892年,菲尔德去世。他的墓碑上写着:“由于他的勇气、精神和毅力,世界上才有了大西洋电报。”


Musk,就是当今时代的菲尔德,他已经为我们照亮了前进的道路。由于他的勇气、精神和毅力,世界上才有了垂直回收,中国才有了商业航天。由于他的坚韧、乐观和创造性工作给这个世界带来的财富,远比他获得的要多得多。他是全人类的精神图腾。


我们也期待见到中国版的Musk,见到中国版的SpaceX。但我们不希望看到总是十分冷静地把SpaceX挂在嘴边的人。而希望他们是冷静又狂热的人,面对现实冷静,面对技术狂热,真正设计出改变世界的技术和产品,给大家带来热情和信心,成为中国乃至世界的精神图腾






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