维珍轨道拥有独特的发射能力,但它的价格很高

2020-10-07 15:51:27

5月下旬,这枚纤细的白、红、黑三色火箭首次坠入蓝天。在诱人的几秒钟内,当助推器清除了747航母飞机并点燃了牛顿三号发动机时,一切看起来都很好。

发动机在稀薄的空气中燃烧得很亮,但不能持久。向火箭发动机输送液氧的管道破裂,如果没有氧化剂供应,煤油燃料就不会燃烧。由于发动机供不应求,火箭失灵了--维珍轨道公司第一次试车就能到达轨道的希望也随之破灭。

在这一失望之后,公司官员很乐观,承诺将迅速采取行动,进行另一次发射尝试。“我们今天向前迈出了一大步,”维珍轨道公司(Virgin Orbit)首席执行官丹·哈特(Dan Hart)在火箭坠入太平洋数小时后说。

然而,没有透露的是该公司将步入什么样的未来。维珍轨道公司是美国和海外十几家资金雄厚、可信的企业之一,这些企业寻求开发价格合理的火箭,能够将小卫星送入轨道。

哈特和他的公司面临的挑战是,这种新一代小型卫星发射器的一个重要特点是价格低廉。这些新公司,其中火箭实验室一直是第一个也是唯一的竞争对手进入轨道,是承诺的小卫星制造商及时和低成本乘坐精确的轨道。要做到这一点,他们必须能够以较低的成本建造火箭,并进行精益运营。

随着维珍轨道公司(Virgin Orbit)在2020年底进行第二次发射尝试,目前尚不清楚该公司是否能够实现这一目标。维珍轨道公司由理查德·布兰森爵士于2011年创立,是他的维珍银河太空业务的一个分支,到目前为止还没有透露它花了多少钱。但业内官员估计,它已经花费了5亿至7亿美元来开发LauncherOne和支持它的基础设施。

这笔钱中有很大一部分都花在了打造一支庞大的、有能力的团队上。该公司表示,它现在有575名员工,因为它寻求进入轨道,并为随后的飞行建造多枚火箭。按照行业标准,这是一个相对较大的团队。

罗布·迈尔森(Rob Meyerson)在创立咨询公司Delalune Space之前,曾在2003年至2017年担任蓝色起源公司(Blue Origin)的总裁。他说,“控制成本的方法是让你的团队规模保持在合理的水平。”“年数加起来,造一辆小型运载火箭575人已经不少了。”

那么,维珍轨道是如何实现这一点的,还有盈利之路吗?为了找出答案,ARS采访了小发射行业的六名高层人士,其中包括前员工。一些人同意公开发言,另一些人要求匿名。

这篇文章的消息来源一致认为,花费15亿至35亿美元进行首次发射尝试,对于一家纯商业公司来说,这是一笔过大的资金。当然,政府设计和开发新型液体燃料火箭的成本要比这高得多,但与LauncherOne级的其他火箭相比几乎没有什么可比的。

从2002年成立到2006年5月的第一次发射尝试,SpaceX花费了大约1亿美元开发猎鹰1号火箭,它的升空能力与LauncherOne相当,到近地轨道和两个发射场的升空能力约为0.5吨。

同样,火箭实验室首席执行官彼得·贝克(Peter Beck)表示,他的公司花费了近1亿美元将电子火箭送入太空。阿斯特拉在其火箭3.0运载火箭上花费了大约相同的金额,该运载火箭在9月初进行了一次轨道发射尝试。这两枚火箭比LauncherOne更小,能力略逊于LauncherOne。

最后,还有萤火虫航空航天公司。它的阿尔法火箭更大,有效载荷能力大约是LauncherOne的两倍。该公司在2016年几乎解雇了所有员工,但自那以后,它带着一枚更大的火箭回来了,并采用了全新的设计。根据萤火虫创始人汤姆·马库西奇的说法,通过麦克斯·波利亚科夫的Nosphere Ventures,萤火虫航空航天公司自那以后总共筹集和花费了大约1.6亿美元。它的目标是在2020年底之前发射。

马库西奇说:“资金的使用包括在德克萨斯州建造我们的总部、制造和测试设施、在范登堡的发射场开发、阿尔法运载火箭的设计、开发和测试、阿尔法1号运载火箭的完整生产、建造轨道转移运载火箭原型,以及开始生产2号和3号运载火箭。”

因此,粗略地说,这意味着维珍轨道在火箭开发方面的支出比竞争对手高出五倍之多。该公司表示,其结果是拥有一种独特的能力(我们稍后会谈到这一点)。无论如何,当该公司以每架航班约1200万美元的价格出售发射时,原始支出很重要-或许还会在扣除费用后清空其中的一小部分。

火箭实验室首席执行官贝克在接受采访时说:“我看不出这个商业案例是如何结案的。”“你怎么花那么多钱,又有投资回报呢?此外,如果你已经花了那么多钱,而且你现在的处境,也许是时候重新考虑一下了。“

维珍轨道的故事始于十多年前,也就是布兰森创立维珍银河为大众带来太空旅游的几年后。银河计划使用一架翼展43米的大型、昂贵、定制的白骑士二号飞机作为其亚轨道太空飞机的第一级。早在2007年,一些公司官员就考虑使用运载机发射卫星,以增加运载火箭的收入。

这一直是一个次要的想法,直到2011年左右,维珍银河最近的一名员工威尔·波梅兰茨(Will Pmerantz)的任务是将这个想法正规化,并将其转化为业务。此后,该公司真正开始加紧设计从飞机上投放的火箭,聘请了SpaceX的几名关键员工,他们曾在猎鹰1号和猎鹰9号火箭上工作过,正在寻找下一款产品。

SpaceX的创始员工克里斯·汤普森(Chris Thompson)从2012年开始在LauncherOne的设计中发挥了关键作用,后来还将有其他SpaceX移植设备加入他的行列,包括推进专家罗宾·伦盖特(Robin Ranguette)、发射总监蒂姆·布扎(Tim Buzza)和罗杰·卡尔森(Roger Carlson),以及任务操作员约翰·库利斯(John Couluris)。

这些前SpaceXers和其他几名工程师将组成一个相对较小的核心,在维珍轨道的火箭上取得进展。随着设计研究的深入,这些工程师意识到白衣骑士二号可能只能携带一枚最终能够将大约100公斤送入轨道的火箭。他们还担心飞机的可用性-维珍轨道是否会在太空旅游业务之后拥有次要的优先地位?最后,维珍发现“白衣骑士2号”需要大量的维护,这可能无法维持频繁的飞行。

所有这些都导致这家火箭公司摆脱了使用复合材料飞机寻找商业替代品的局面,最终选择了一架747,它的左翼下有内置的飞行引擎能力。该公司在维珍大西洋航空机队内购买了一架已有14年历史的喷气式飞机,已经命名为宇宙女孩(Cosic Girl)。消息人士称,它耗资约1200万美元,2015年末开始进行约2000万美元的改装。

当时,员工们表示,维珍银河-维珍轨道的火箭分支要到2017年才会正式与银河分离-操作方式与SpaceX早年类似。这项业务相当精简,快速行动感觉很舒服,测试了一些,但不是详尽的。“当时,我们觉得失败是一种选择,”一名前雇员说。

消息人士称,环境从2016年开始改变,当时长期担任维珍银河总裁的史蒂夫·伊萨科维茨离职,成为航空航天公司的首席执行官。次年3月,新成立的维珍轨道公司任命丹·哈特(Dan Hart)为总裁,他曾在波音公司航天部担任系统工程师数十年。哈特有一个成功的记录,但他也制定了一种更谨慎的方法。

消息人士称,更早起飞的想法被放弃了。例如,工程师们认识到,在火箭从飞机上落下和发动机点火期间,液氧供给管道可能会破裂,但这是无法在地面上测试的。也许,他们认为,他们应该把第一级扔出飞机来测试一下?这样他们就不需要完成火箭的其余部分,而且他们可以更快地获得真正的飞行体验。但是这个想法被否决了。

这可能有助于解释该公司首次推出的时间表发生变化的原因。2018年5月,波美兰茨告诉Ars,他预计在当年年底之前进行几次飞行,该公司的目标是在2019年推出12个航班。(该公司直到2020年5月才首次推出。)。

当被问及哈特在维珍轨道公司所做的改变时,波梅兰茨表示,新任公司总裁给公司带来了对机组人员安全的额外关注。我们有一个相对不寻常的事实,飞机上有机组人员,这使我们与大多数其他发射器不同,他说。随着系统的成熟,一些部件和系统需要测试,甚至需要重新设计,以帮助我们确保机组人员和地面团队的安全。

为了确保机组人员的安全,哈特在计划中增加了几次飞行测试和一次火箭投掷测试。

与此同时,维珍轨道的工程师们在水平发射的液体燃料火箭上遇到了一些具有挑战性的新问题。首先,很难设计出能够承受满载推进剂的水平飞行负荷的火箭。他们还必须学习如何对地面上的氧化剂进行过冷,因为从火箭装满到“发射一号”从“宇宙女孩”上落下之前,氧化剂将一直存放大约一个小时。

额外的测试和工程问题,以及火箭开发中不可避免的时间表下滑,都是导致2018年至2020年时间表下滑的原因之一。