SpaceX可以“试错迭代” 中国行不行?
来源：观察者网
这个9月，就像接踵而至的台风一样，商业航天圈也颇为热闹。仅仅隔了十天，我们又看到了一次重量级的火箭回收试飞。
9月22日13时40分，江苏深蓝航天有限公司于内蒙古的“深蓝航天额济纳旗航天港”实施了星云一号首次高空垂直回收飞行试验。但遗憾的是，火箭在最后一刻功亏一篑，一次几乎完美的飞行不幸以倾倒和起火告终。
官方新闻稿称：可回收复用的一子级箭体在飞行试验的最后着陆阶段发生异常，此次试验任务未取得完全成功。按照《星云一号首次高空垂直回收飞行试验试验大纲》总共11项主要试验验证任务，在本次飞行试验中，其中10项成功完成，只有关机着陆1项未完成。
其实，对很多航天爱好者来说，这是一个熟悉得不能再熟悉的画面。我们应该都还记得，在一个个不同倾倒姿势、不同拍摄视角的视频中，巨大的火箭在烈焰中轰然倒下的震撼场景。只不过，那是多年前的事，地点在地球另一侧，火箭要换成猎鹰九号。
图1 星云一号回收试验箭在飞行中深蓝航天
图2 星云一号回收试验箭落地后起火倒地深蓝航天
图3 星云一号回收试验箭任务完成情况深蓝航天
图4 猎鹰九号某次着陆失败SpaceX
无须讳言，猎鹰九号就是中国可回收火箭的范本和借鉴对象。不同在于，彼时猎鹰九号是孤独求败，而今天在中国则是百花齐放，多家并进。
令人欣慰的是，此次星云一号虽然着陆失利，却得到了媒体和公众，包括那些最挑剔的网友的一致好评。在目前水军泛滥、喷子遍地的网络生态下，这是极其难得的。
这也表明，在航天领域由马斯克倡导并成功实践的试错迭代开发模式已经被中国航天人、监管部门、媒体和公众所接纳。我们也有理由认为，新的试错文化已经落地生根，它将和传统的归零体制相辅相成，为商业航天助力提速。
马斯克可以将传统定义上彻底失败的星舰首飞说成成功。那么，深蓝航天此次试验定义成一次成功更不应为过，况且这次飞行的技术跨度和挑战并不一般。
和深蓝航天上一款回收试验箭星云M相比，此次星云一号箭体直径从不到一米增加到3.35米，高度从7米增加到约21米，起飞推力从5吨级扩大到60吨级。这个跨度颇具挑战。自两年多前星云M公里级回收试验后，航天科技(11.360. 0.94. 9.02%)八院和蓝箭航天后来居上。现在，深蓝航天不仅重回前三，而且在很多方面实现了超越。
星云一号是中国第一次可入轨运载火箭的高空回收试验，也是世界上唯二直接采用入轨火箭一子级的回收试验箭。它和SpaceX 2014试飞的F9R Dev(曾名Grasshopper v1.1)非常相似，箭体直接采用入轨箭一子级，配置可折叠释放的着陆腿，用三台发动机起飞，用一台发动机着陆。此次试飞，在国内回收试验中首次实现了发动机空中双发关机转单机。
图5 SpaceX F9R Dev回收试验箭图源：SpaceX
星云一号一子级试验箭配备三台深蓝航天全自主研制的雷霆-R液氧煤油发动机。这是中国第一型90%以上主体结构均采用高温合金3D打印技术一体成型的可复用液体火箭发动机。本次试验也是国内开式循环液氧煤油针栓发动机的首次飞行试验。针栓技术作为解决煤油发动机调推的最佳工程实践，是开式循环液体发动机的技术高峰之一。本次试验的中心发动机在179秒飞行中全程进行了推力调节，范围为110%至58%，精度优于1%。
图6 雷霆-R液氧煤油发动机深蓝航天
在控制技术方面，此次试验成功验证了高空垂直回收工况下、推进剂不足1/5的浅箱晃动状态精确姿态控制。同时，使用基于动基座的高精度自对准技术，以及起飞滚转变射向发射技术，可以在火箭不改变起竖安装状态情况下满足全射向发射需求，未来可大大简化对不同飞行任务的工作量并提升适应性。此外还初步验证了基于最优控制的回收航迹优化和米级精度制导算法，为后续的入轨+回收最优控制方法进行了工程验证。
深蓝航天称，星云一号的着陆支腿是国内首个进入工程化应用的着陆缓冲装置产品。为满足入轨级火箭苛刻的重量要求，该机构采用了全碳纤维结构制造。在付出重量不大于1.2吨、占火箭空重小于10%的代价下，可让火箭一子级在含剩余推进剂总重量不大于15吨、速度不大于3米/秒、姿态角不大于5°情况下，安全可靠软着陆。
作为一家后起的民商火箭公司，首次全尺寸箭回收试验便实现了90%以上技术目标，完成度远超星舰首飞，难道不是一个重大成就吗?
不过，中国的火箭回收竞赛已经进入白热化状态。除了深蓝、蓝箭和八院，星际荣耀、航天科工、航天科技一院、中科宇航、星河动力等在紧追不舍。后面还有天兵科技、东方空间、空天引擎、箭元科技等等。他们也在摩拳擦掌，很快将加入回收试验俱乐部。
在世界航天史上，从来没有出现过参与规模如此之大，同时又具有高度战略意义和技术含量的市场竞赛。冷战时期的美苏太空竞赛和商业目标背道而驰，而美洲大陆上SpaceX和蓝源的不对称“竞赛”，其结果是一边倒。我们完全有理由期待，基于完全竞争市场的中国可回收火箭竞赛将会产生全球最具性价比的航天运载工具。
在这样一个完全竞争市场上，高效率的“试错迭代”必然会成为一种自然选择。
十年前，猎鹰九号接二连三的着陆失败画面给全世界关注航天的观众们带来了巨大的视觉冲击。马斯克为日趋保守的航天业带来了一个崭新的思路。SpaceX的成功证明，商业航天可以有不一样的玩法，创新不可或缺。
SpaceX影响了全球航天进程，但影响最甚的莫过于中国。在网上充斥着对马斯克冷嘲热讽的同时，商业航天的种子就已经在有些人心中生根发芽了。2015年，紧闭几十年的政策窗口打开，中国航天人的创业天赋被激发出来，中国商业航天从此开始一路狂奔。
几十年来，我们对引进、消化、吸收然后再创造这个套路早已驾轻就熟。中国的初创航天企业家们怀着和马斯克相同的理想，不约而同地学习了猎鹰九号的技术思路，也很快拥抱了源于IT行业的频繁试错、快速迭代的开发模式。站在巨人肩膀上，我们没有必要重新发明轮子。
不过，试错的高效率是以高投入为代价换来的，需要承担很大的风险。国家队出于问责和历史惯性，不太可能率先打破稳妥可靠的归零传统。监管机构和资本对初创公司的信任度也需要逐步建立。通过早年的不懈努力，中国商业航天人证明了自己的能力和价值，试错模式获得了监管和资本的支持。这就是最近几年来各火箭公司加速发展、液体火箭层出不穷、可回收火箭竞赛不断升温的重要原因。
你可能已经注意到了，9月份蓝箭和深蓝航天的两次回收试验和6月30日天兵科技“试车变试飞”的事故只间隔了2个多月。这充分说明，中国的航天监管部门不仅接受甚至鼓励频繁试错快速迭代的开发模式，并继续对商业航天发展(7.810. 0.70. 9.85%)保持积极开放的态度，同时也有着很高的工作效率。这是可喜的进步。
今年以来，东方空间、星际荣耀、中科宇航等多家火箭公司都获得了大笔融资。而深蓝航天自5月以来，在3个月内就完成了B、B1、B2、B3四轮新的融资，锁定资金十多亿人民币。在当前风投市场陷入低潮，新初创公司面临融资困难的同时，头部火箭公司依然能获得资本的支持，坚定不移走试错迭代的路线，让我们对中国商业航天的未来充满信心。
感谢马斯克和SpaceX多年来通过猎鹰九号和星舰的频繁试飞和引人注目的失败所进行的“试错”教育，让我们的媒体和大众能很自然地接受中国航天企业的试错失败。我们从小就知道失败是成功之母。但如果每次失败都需要付出可观的真金白银，比如以往火箭发射失败时，还是会有大把人跑出来唱衰。现在，他们的响应者已经越来越少了。
星云一号回收失利，各方反应相当正面，或将进一步推升试错模式的接受度。试错一旦成为文化，效率必将大大提高，未来更加值得期待。
深蓝航天在此次试验后宣布，将在本次试验总结以及技术故障归零基础上，11月份将再次执行高空垂直回收任务。仅仅两个月的迭代时间，这就是试错的效率。我们期待一次完美无缺的发射和回收。
我们也期待明年星云一号的入轨首飞。它的最大看点是首飞即回收，中国的第一次入轨火箭一级回收大概率将由星云一号实现。
图7 国内部分民营可回收火箭(非真实比例)图源：作者/相关火箭公司
也不能低估其他竞争对手的实力。蓝箭的朱雀三号、星河动力的智神星一号、天兵科技的天龙三号都设计为一级可回收，都将在明年首飞。虽然首飞不回收，但这是走向回收的重要一步。而星际荣耀的双曲线三号则和星云一号一样，计划首飞即回收。如果一切顺利，它将赶在明年年底前发射和回收。
中国可回收火箭的竞赛其实刚刚拉开序幕，精彩的高潮还在后面。谁能脱颖而出、力拔头筹，谁能坚持到底、笑傲江湖，都还是未知数。但有一点可以肯定，可回收火箭的实现和成熟将大幅降低长期以来居高不下的发射成本，将极大地推动各种航天应用的推广和普及。我们仰望星空的种种梦想，从太空旅游到火星殖民，从巨型太阳能(5.120. 0.42. 8.94%)电站到月球基地，从小行星采矿到恒星际飞行，也将早日实现。
星云一号此次的高空垂直回收飞行试验定将作为一次“成功的失败”载入中国商业航天发展史册。后人们所能记住的，将是它的开拓精神和历史意义。