作者｜赵健
北京时间3月7日上午，马斯克的SpaceX在星舰第八次试飞任务中遭遇失败，第二级飞船在飞行不到10分钟后发生爆炸。
不过，这并非一次完全意义上的失败。该火箭的第一级助推器又一次实现发射塔回收，在降落时由发射塔上的机械臂夹住，实现半空中的捕获回收。这一堪比科幻电影的火箭回收方式被称为“筷子夹火箭”。
这并非SpaceX第一次成功实现“筷子夹火箭”了。2024年10月13日星舰的第五次试飞、2025年1月17日星舰的第七次试飞，都成功实现了一级火箭的筷子回收。2024年11月20日的星舰第六次试飞，由于关键硬件的自动运行状态监测触发问题，第一级火箭的捕获尝试被中止。
为什么要关注“筷子夹火箭”？因为这是当前最先进的火箭回收方式。马斯克曾透露，星舰的设计目标是在升空后1小时内实现火箭助推器的再次飞行。
1小时是什么概念？十年前SpaceX猎鹰九号通过“着陆腿”成功实现了一级火箭回收，但回收后的火箭大约需要50天的准备才能复飞。假如利用“筷子夹火箭”的方式能从50天缩短到1小时，理论上可以实现1200倍的效率提升。
“筷子夹火箭”听上去很美好，但实现起来很难，SpaceX是目前唯一成功实现“筷子夹火箭”方案的火箭公司。
但在大洋此岸的中国，也有人正在沿着马斯克的脚步追逐SpaceX，试图复现“筷子夹火箭”。
2024年，唐文创立火箭公司「宇石空间」，采用了与SpaceX的星舰相同的火箭制造、发射与“筷子回收”的技术路线。换句话说，宇石空间要造的火箭是中国版星舰。
唐文告诉「甲子光年」：“我们造火箭的人有一个说法，火箭要做成像飞机那样‘航班化’的交通工具。显然50天的发射周期是不可能做到航班化的，而SpaceX用实际行动证明了‘筷子夹火箭’的方案是可以做到的。”
被称为中国版星舰的火箭公司不止一家，其中不乏成立近十年的更加成熟的火箭公司。作为一家刚成立不到一年的初创公司，宇石空间还有入局的机会吗？
本文，「甲子光年」专访了宇石空间创始人、CEO唐文，来回答如何在中国打造一家“筷子夹火箭”的火箭公司。
1.商业火箭的“两个元年”
商业火箭之所以带有“商业”二字，是因为这一产品或服务的价格最终达到了可以作为商品的较低的阶段。在推动火箭进入商业化阶段的路上，马斯克掌舵的SpaceX是毫无疑问的先驱。
SpaceX成立于2002年，但真正让商业火箭达到临门一脚的事件，则是十多年之后的2015年。这一年12月，猎鹰九号火箭成功实现人类史上第一次火箭回收。
在此之前，火箭发射都是一次性的。由于难度极高，不具备批量化生产的规模，成本动辄上亿甚至数亿美元。到猎鹰九号发射的时期，单次发射费用已经降到约5400万美元，并且还在持续降低。
2015年不仅对于SpaceX具有重要意义，在国内也可以看作是商业火箭的第一个元年——诞生元年。
在2015年之前，造火箭一直是国家队在做的事情，市场上不存在民营的商业火箭公司，因为压根就不存在商业火箭相关的营业执照的品类。
直到2014年，国务院发布指导意见，鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设，民营企业才正式涉足火箭研制与发射。2015年之后，一大批民营火箭公司集中成立，比如星际荣耀、零壹空间、蓝箭航天等等。
但是从2015年到2024年的九年时间里，商业火箭的市场空间极其有限。2023年全年中国火箭总发射次数为67次，而商业火箭仅13次；2024年，中国火箭总发射次数为68次，而商业火箭仅12次。作为对比，2024年美国SpaceX公司总发射次数为138次。中国商业火箭发展道阻且长。
火箭发射的主要场景是卫星发射，客户绝大部分为体制内的卫星院所，而卫星发射服务份额绝大部分仍为国家队所占据。
唐文告诉「甲子光年」：“商业火箭公司的市场定位主要还是国家队的补充，技术与供应链也多来源于国家队，火箭价格相比于国家队并没有明显的优势。”
但2023年，市场发生变化，唐文称这一年为商业航天的第二个元年——商业化元年。
这一年，星网集团的GW星座计划和垣信卫星的千帆星座计划，总规模近三万颗卫星正式开始卫星组网布局，这两大卫星集团为商业火箭公司提供了最可触达且最清晰的市场需求。
图片来源央视新闻
唐文算了一笔账：单颗卫星重量按500kg计算，发射价格按照4万元/kg估计，这两大星座计划带来的增量市场达5600亿元，年均发射次数将达到约500次，平均每天会发射1.4次左右。而且卫星的寿命为5～7年，卫星的更新迭代会持续带来组网需求。
然而，既有的商业火箭是无法满足这一市场新需求的，一是来自于火箭运力的技术因素，二是来自于火箭发射的价格因素。
技术层面，过去几乎所有的商业火箭都是运力较小的火箭——一般有效载荷为300公斤，最高也不过一吨左右，但是卫星组网对于火箭运力的要求不低于6.5吨。要想提高运力，只能造更大的火箭。
价格层面，唐文认为“低成本是商业航天发展第一要义”。降价的最主要方式是火箭的可重复利用，而回收是实现该目的最有效的手段。
唐文告诉「甲子光年」，在此背景下，低成本、可快速复用的4米以上直径火箭为商业航天发展的必然选择。因为只有4米级，才具备足够大的运力；只有重复使用，才能把成本降低，满足星座客户的发射需要。
从2023年开始，各家商业火箭公司纷纷布局4米级重复使用火箭，新箭首飞时间预计在2025～2026年。唐文预测，到2028年，星座客户每年200~500次发射规模足够容纳5家商业火箭公司。
唐文也在2024年成立了「宇石空间」，成为商业火箭创业大军的一员。
2.降低火箭发射成本的终极方案
在商业航天领域，SpaceX摸着石头过河，而其他公司摸着SpaceX过河。SpaceX几乎凭借一己之力，将火箭发射的天价成本一降再降。
从SpaceX造火箭的历史来看，降低成本的最核心工艺有三个：箭体结构、动力燃料与回收方式。
首先看箭体结构。在SpaceX的星舰之前，几乎所有造火箭的材料都是铝合金，而马斯克第一个提出将不锈钢引入商业火箭领域。
唐文告诉「甲子光年」：“其实上个世纪四五十年代，最早的一批火箭就用过不锈钢作为箭体材料。但当时的火箭都是一次性发射，因此设计箭体结构时会追求更轻的箭体重量，使得在相同的动力下尽可能提高有效载荷的重量。铝合金虽然比不锈钢的成本更高，但当时造火箭的都是国家队，对成本并不敏感。”
如果做火箭回收，箭体高速返回地面时会与大气产生剧烈摩擦，使得箭体温度急剧升高，这对于箭体材料的强度提出了更高的要求。相比铝合金，不锈钢的熔点更高，具有更高的高温强度极限，因此有更优异的耐气动加热和耐气动作用力的能力。这是马斯克选择不锈钢的原因。
但是不锈钢重量更重，是否会影响火箭的载重？单一的材料参数对比的确是这样，但把箭体作为一个系统工程对对比就不会了。
以猎鹰9号与星舰作为对比。在火箭回收时，采用了铝合金箭体的猎鹰9号为了防止箭体温度过高，需要额外给火箭点火以降低降落速度，这消耗了大约20吨燃料，从而降低了大约20%的运力。而采用了不锈钢箭体的星舰，不锈钢的强度可直接高速穿越大气层，在回收时全程无需额外点火来降低速度。而且，由于不锈钢的耐热性更高，相比铝合金可以降低隔热层的厚度，以此减轻火箭整体的重量。
这样一来，原本在重量上并无优势的不锈钢，反而通过节省额外点火的燃料以及降低隔热层的重量，使得火箭整体的运力比铝合金箭体更大。
唐文经过估算，得出的成本对比是：一子级回收的4米级火箭，铝合金火箭运力相比不锈钢火箭损失约1/5，差不多是6000万元；二子级回收的10米级火箭，铝合金火箭运力损失大约10吨，大约为2亿元。
当箭体改为不锈钢之后，火箭的动力燃料也有了改进的空间。
在过去，火箭发动机的动力燃料主要是「液氧煤油」。液氧煤油有一个特点，那就是燃烧过后会形成积碳结焦。在火箭一次性发射的时代，积碳结焦问题是没人在意的。但马斯克要做可回收火箭，需要对发动机的积碳结焦进行清理才能继续使用。这降低了可回收火箭的使用次数与使用效率。
因此，马斯克用另一种燃料作为替代——「液氧甲烷」。液氧甲烷燃烧后在发动机上的残留物极少，从而大大减轻了后勤维护工作量，提高火箭重复发射的效率。
而且，液氧甲烷还与不锈钢箭体组合成为“黄金搭档”。因为甲烷在体液状态下的温度在零下100多度，这一温度下不锈钢的强度会比常温下显著提高且不容易断裂，因此可以将不锈钢的厚度适当地做薄，火箭的整体重量就进一步降低了。
在不锈钢材料与液氧甲烷之后的最后一项工艺，就是火箭回收，这是当前商业火箭最大的创新点。
火箭回收目前有两种主流方式：猎鹰九号的着陆腿回收，以及星舰的机械臂捕获——“筷子夹火箭”。
图片来自宇石空间
筷子夹火箭相比着陆腿成本优势明显。根据唐文估算，在着陆腿方案中，火箭飞行全程携带着陆腿重量，相比捕获臂回收方案约损失4吨运力。另外，“筷子”捕获臂使用次数不少于1000次，单次使用成本约2万元；着陆腿制造成本平均1200万元，使用次数约20次，单次使用成本为“筷子”三十倍。
筷子捕获臂的可重复发射的运转效率也更高。根据星舰的验证情况，“筷子”捕获臂复用速度可达到小时级，而着陆腿回收由于着陆腿复材结构检修维护的复杂性，其复用速度难以突破20天。
而且，着陆腿仅仅实现了猎鹰9号的一级火箭回收，属于部分回收利用。星舰的筷子夹火箭已经成功回收一级火箭，未来也有清晰的回收二级火箭的计划，属于完全的回收复用，成本将进一步压缩。
筷子夹火箭方案的唯一缺点，就是技术难度太高。马斯克在三年前提出筷子夹火箭的回收方案时，很多人以为“他疯了”。
捕获臂回收的最关键环节在于火箭与捕获臂的配合抓取，两者的配合涉及跨学科跨尺度的多个技术因素和控制策略，比着陆腿更为复杂。而且在安全控制层面，若捕获臂回收失败，最恶劣情况下将会损毁发射塔及周边设施。
因此在SpaceX的星舰捕获回收前三分钟，自检系统会对火箭、发射塔及其捕获机械臂回收系统进行数千项检查，以确认是否全部满足安全标准。只有100%符合回收标准，火箭才会返航至捕获臂进行回收，否则火箭就会放弃返航原位回收，而是执行海面溅落。星舰的第六次试飞尽管未能延续第五次“筷子夹火箭”的成功，但恰好成功检验了发射系统的安全运行机制。
今天，所有的商业火箭公司基本都是围绕箭体结构、动力燃料与回收方式做不同方式的技术排列组合。
唐文认为，造火箭就像造飞机，在提供一种交通运输服务的同时，必须符合最基本的商业规律。随着造火箭的技术日渐成熟，商业航天业也一定会打价格战，产品的制造和研发成本越低，竞争优势将越大。
在他看来，宇石空间所选择的“不锈钢+液氧甲烷+筷子收回”路线，就是造火箭的最有性价比的方式。
但这一技术路线并不是行业共识，至少没有被充分讨论。
3.造火箭最难的，是造火箭的思维
作为SpaceX的掌舵者，马斯克带给商业航天领域最大的贡献不只是一次又一次的技术突破，更重要的是一种创新精神。这一点对唐文影响很大。
唐文毕业于清华大学力学系，师从两院院士、材料与结构领域专家，凭借发表在力学领域顶级期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids上的论文顺利获得博士学位，却在海外高校的博士后邀约与航天事业之间选择了后者。
毕业之后，唐文加入航天领域的国家队，负责动力系统设计，一做就是八年，完整经历了长征系列CZ-5、CZ-7两款型号火箭的研制。
在此期间，唐文也了解到了大洋彼岸一名叫马斯克的商人在做的事情。2011年，SpaceX宣布将尝试“完全快速可重复使用的火箭”。马斯克表示，如果能找到像飞机一样有效重复使用火箭的方法，那么进入太空的成本将降低到百分之一。但是，就像当时的大多数人一样，唐文认为马斯克就是在炒作概念，目的无非是骗骗投资人的钱。
后来的故事我们都知道了，经过几年漫长的筹备与多次的失败，马斯克终于在2015年兑现了他的诺言。猎鹰九号的成功也让唐文感到彻底的折服。
唐文告诉「甲子光年」：“你不得不承认这个行业存在所谓的先驱。火箭行业跟其他行业不太一样，很难造假，能飞就是能飞，不能飞就是不能飞。马斯克真的做到了能让猎鹰9号成功发射与回收，你不服不行。”
某种程度上，体制内的工作节奏按部就班。唐文在自己所负责的技术领域，已经做到了极致。在看到猎鹰九号的成功以及中国商业火箭市场放开带来的机会后，唐文感到广阔天地，大有可为。
2018年，唐文离开体制内，加入一家商业航天的创业公司担任技术负责人。2024年，唐文从“打工人”的身份转变为创业者，成立宇石空间。
尽管宇石空间成立的时间较晚，但唐文认为商业火箭先发者不一定有优势。今天商业火箭的增量市场才刚刚开启，远未形成固有的市场格局。老牌商业火箭公司技术路线绑定较深，而新玩家通过更好的技术路线有机会进行弯道超车，在机会转型或者新技术出现阶段形成新的行业格局。
造火箭是一个复杂的工程，技术、资源、经验缺一不可。从体制内、创业公司技术负责人再到直接创业，几次身份转变让唐文感受最直观的变化，是造火箭的思维。
沿着旧地图，找不到新大陆。唐文认为，造火箭首先要解除“思想钢印”。如果局限于既定的火箭设计思路、供应体系、设计与制造分离的火箭生产流程，即使有一定的火箭型号经历，也难以突破不锈钢火箭以及筷子回收的技术，对机器人、材料学、工程机械等领域顶级人才也很难产生真正吸引，难以建立多元化背景的高自驱力团队。
他希望自己以及他所创立的宇石空间，能够吸纳材料学、力学、机器人等领域的顶级人才，从第一性原理出发，在当前时代背景下进行跨行业深度融合，以更加开放的心态全力以赴，为商业火箭带来新的活力。
从2020年到2024年创立宇石空间，唐文带领团队已实现从材料级、组件级、整箱级到全箭级的不锈钢设计闭环，并已实现从设计到生产、工艺、试验的全面突破。目前，宇石空间7000平米的生产试验中心已全面竣工、国内首台直径4.2米的不锈钢薄壁共底贮箱正式下线，预计2026年完成火箭首飞。
宇石空间的愿景，是成为中国成本最低的快速复用液体火箭供应商。
图片来自宇石空间
中国的商业航天市场似乎并没有马斯克这样的狂人，但当更多的年轻有创新力的中生代进入这一市场，相信中国的商业航天也终究会迎来自己的大航海时代。
（文：甲子光年）
