其实能省的钱是有限的,个人认为即使10年之后技术完全成熟,能够省一半的钱就算不错了。现在的技术条件下基本可以肯定会花更多的钱。
火箭的复用是未来发展的一个方向,但是商业航天公司做这样的宣传很大程度上是用来吸引投资者的。
首先,火箭发射过程中的固定成本不仅仅是燃料成本,还有发射场的租金,测控系统的服务费,发射时需要封闭空中和海上航道。这些都是按次收费的,怎么都省不了钱。
其次,火箭的修理费用绝不可能只有50万美元的。在可预见的将来,火箭修理一次的费用无论如何不会少于一架宽体客机的大修费用。不要说50万,少于500万都是胜利。
第三,火箭的任何复用方法都必然造成运力的损失。spacex回收火箭的方法是让火箭直接飞回发射场,那么这就必须要让火箭留足返回的燃料。火箭的结构也必须更重。据说光一级火箭的返回就造成了大约40%的运力损失。而且上面级火箭对于剩余质量更加敏感,上面级的复用必然带来更严重的运力下降。运力的下降也就变相的提高了运费。其他的回收方案也各有各的缺陷,比如火箭不飞回来,就地降落在海上。这样燃料剩余得少,运力下降少,但是打捞又是一大笔费用,而且火箭要是沾了水,修理费又海了去。
第四,也是最重要的一点,卫星的价钱远远超过火箭,基本上卫星要比火箭贵个10倍不成问题。一旦火箭发射失败就会造成极其严重的经济损失,当然这笔钱不会算在发射费用里。但是会体现在客户的运营风险和保险费用当中。然而目前来讲,火箭的发射成功率又非常的低,97%~98%的成功率都算是高的了。可以想象一下,一枚价值8亿美元的卫星如果发射失败,会造成多少经济损失,还会造成客户经营计划的被动。考虑到火箭的成功率,平均每次发射的风险就价值几千万美元。恰恰十分尴尬的是,任何火箭的复用方案都会造成火箭可靠性的进一步下降。从而导致客户面对的风险急剧上升,特别是像中国一样火箭和卫星在一个锅里吃饭的,这一问题就尤其严重。
最后一点,目前的火箭复用还很初级。具体体现在上面级不能复用,上面级并不因为轻而便宜,实际上上面级上的电子设备更复杂也更昂贵。起飞级的复用省不了多少钱。当然上面级的复用不仅困难,而且会带来更多的问题,比如严重的运力损失。
换个角度再看,火箭的复用和航天飞机有什么不同。
起飞级的复用基本近似于航天飞机助推器的复用,只是方案不同。spacex的方案结构设计复杂,制造成本高,运力损失大,可靠性低,回收简单,复用次数多。各有优劣。
发动机的复用可以直接参照航天飞机的发动机复用。使用寿命、维修费用都是需要直接面对的问题。维修费用50万?听听就好了。
未来需要面对的上面级复用,会比航天飞机的返回更加困难。毕竟火箭的空气动力学外形不如航天飞机完美。当然,如果我们仅仅回收发动机和部分设备,那倒是简单许多。
从未来的技术发展看,固定成本(燃料,各种服务费用)基本上是不会有大的下降的,而且有可能上升。火箭的维修费用有可能有较大的下降,但必然是伴随火箭的造价同步下降的,所以对竞争优势不会有实质性的帮助。对于起飞级来说,通过优化回收方案可以减少运力损失,但是对于上面级回收来说这个问题基本是无解的,再入是个鬼门关,要想把火箭收回来,重量和燃料的代价是必须付出的,换算过来就是运力的损失。
所以,最重要的必须解决的问题就是火箭的可靠性问题。尽管随着技术进步电子产品越来越便宜,但是我们对于卫星性能的要求是无止境的,所以卫星只能越来越先进,越来越贵。但是火箭却越来越便宜(无论是一次性的还是重复使用的)。于是火箭的可靠性就越来越重要。打个比方说,我们光看两枚火箭,一个3000万,另一个6000万,可能会觉得前一个真的很便宜。但是如果我们要发射的是一颗价值30亿的卫星,那么客户就可能选择多花3000万,但是发射成功率提高1%。
对于现行的中、大型商业火箭来说,省不了多少钱。
如果不追求行星际殖民、轨道工业化等高大上到飘渺的目标、不需要频繁地用巨型火箭发射超级载荷,那么一次性火箭也可以活得很好。
而如果真的要追求那些现在看来还很飘渺的目标,巨型火箭用一次就扔、用几次扔几次的做法是没有谁负担得起的,所以如果要在可接受的成本内频繁发射巨型火箭,巨型火箭必须在设计上就是可以重复使用的,并且具有相当高的成功回收几率。
然而可回收、可重复使用的巨型火箭并不能从天而降,必须一步一个脚印用各种失败砸出来;如果等到巨型火箭上马之后才做考量、直接在巨型火箭上做回收复用试验,试一次砸一次的成本同样无法承受;这便是从廉价而发射频繁的中、大型火箭上就开始进行回收复用试验的意义所在。
实际上世界第一次实现火箭的垂直返回,既不是蓝色起源也不是spacex,而是1993年的三角快帆。美国人做到这一点之后很快就放弃了,然后过了20年又重新捡起来。为什么呢?
在同一时期,中国也做过火箭复用的研究,但是当时评估的结果是,火箭要复用200次以上才能省出钱来,但是直到现在,平均每发射30~40次就会失败一次,这就算世界顶尖水平了。换句话说火箭就不可能重复使用200次,也就不可能省下钱。
其实现在火箭复用的最大障碍不在账面可见的成本,而恰恰就在成功率上。上次spacex炸了一颗价值2亿美元的卫星,说真的他们算是走了狗屎运了,因为这颗卫星真的是太便宜了。现在10亿美元上下的卫星真的很常见,发射一次能赚多少钱?要炸掉一颗,赔的钱要发射多少次才能赚回来?
火箭的复用最大的矛盾也就在这里,任何复用方案都会大幅度增加火箭的复杂程度,也就必然降低成功率。如果成功率降低到每20次失败一次,那么赚钱就是奢望了。一般来说卫星发射有保险公司兜底,但如果成功率太低,保险公司也不愿赔钱。甚至卫星用户也不会愿意为了省钱而冒险。
spacex对火箭复用的成本计算存在很多猫腻了,比如说他们是按一枚火箭重复使用几百上千次来算帐,但是我前面已经说了,不要说设计寿命有多长,以现有的成功率来说火箭发射几十次早就该炸了。其次还有他们估计修理一次只需要几十万美元,这也是不可能的。给整支火箭做一次无损探伤都不止这个价了。
所以说火箭复用的前提条件:先把成功率提高到99%以上再说,否则所有的帐都是假账。