中國故事丨揮“箭”星河的民間推力
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12月10日17時07分，星際榮耀公司自主研發(fā)的液氧甲烷可重復(fù)使用驗證火箭雙曲線二號在位于中國西北荒漠的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，約1分鐘后，火箭在目標著陸點平穩(wěn)精確著陸，火箭狀態(tài)安全恢復(fù)，飛行試驗任務(wù)取得圓滿成功。
該火箭于11月初完成了首次垂直起降飛行試驗，12月10日的飛行是其第二次飛行復(fù)用，實現(xiàn)了國內(nèi)首次液氧甲烷火箭的重復(fù)使用。
幾天前，藍箭航天公司的朱雀二號遙三運載火箭和星河動力公司的谷神星一號遙九運載火箭也在同一片荒漠中成功發(fā)射，分別代表著全球首款連續(xù)發(fā)射成功的液氧甲烷火箭邁入規(guī)?；虡I(yè)發(fā)射新階段以及國內(nèi)民營火箭公司首次成功實施晨昏軌道發(fā)射任務(wù)，在2023年中國民營火箭刷新的多項記錄上再添新績。
火箭的能力有多大，航天的舞臺就有多大。在長征系列運載火箭完成第500次發(fā)射之際，中國的商業(yè)航天也蓄勢待發(fā)，一枚枚民營火箭“箭”在弦上，助力中國航天事業(yè)進一步走向市場化、產(chǎn)業(yè)化。
打造高性價比的太空之旅
2017年，35歲的夏東坤已經(jīng)是中國運載火箭技術(shù)研究院的資深技術(shù)人員，但是這一年他決定放下“鐵飯碗”，和同事劉百奇一同踏入民營火箭的“藍海”。
他們二人的信心來自對中國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的敏銳觀察——一方面，國內(nèi)各個商業(yè)航天公司、地方政府紛紛推出了以通信、遙感為應(yīng)用的多個衛(wèi)星星座計劃，衛(wèi)星發(fā)射需求會在未來一段時間內(nèi)急劇增長;另一方面，“國家隊”的火箭運載能力無法滿足方方面面的需要。
“國家在2014年出臺多項政策，鼓勵民間資本參與國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。我們有信心靠自己積累的經(jīng)驗研發(fā)出高性價比的火箭，就想走出來大膽闖一闖。”夏東坤說。
2018年，劉百奇、夏東坤等一起創(chuàng)辦了星河動力公司，該公司提供新型商業(yè)化運載火箭發(fā)射服務(wù)，并發(fā)布了“谷神星”“智神星”商業(yè)運載火箭研制計劃。
12月5日7時33分，谷神星一號遙九運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。新華社發(fā)(汪江波 攝)
“谷神星和智神星是人類于19世紀初最早發(fā)現(xiàn)的兩顆小行星，對當時的人來說，它們是遙不可及的。如今，人類的探測器已經(jīng)到訪過谷神星。我們希望自己造的火箭也能讓之前看似遙遠的太空離日常生活更近。”夏東坤說。
火箭高昂的發(fā)射成本，是阻礙人類大規(guī)模進入太空的“攔路虎”，而運載火箭的可重復(fù)使用是降低發(fā)射成本的最重要手段。北京星際榮耀空間科技股份有限公司液體型號總設(shè)計師季海波說，實現(xiàn)運載火箭的可回收，是國內(nèi)外商業(yè)航天追求最高投入產(chǎn)出比的必經(jīng)之路，雙曲線二號驗證火箭復(fù)用飛行的成功為中國商業(yè)航天掌握可回收技術(shù)打下基礎(chǔ)。
同樣意識到火箭可重復(fù)使用重要性的還有藍箭航天空間科技股份有限公司動力研發(fā)部總經(jīng)理劉磊，2017年，他從北京航天動力研究所加入藍箭航天。
“我剛加入的時候，馬斯克的可重復(fù)使用火箭已經(jīng)開始發(fā)射運營了。我當時就想：美國人能搞成，為什么我們中國人不行?并且當時商業(yè)航天公司還是在打地基的狀態(tài)，可以自由發(fā)揮的余地更多。”劉磊表示相信，在他退休之前，能夠?qū)崿F(xiàn)坐著自己造的火箭去太空旅行的夢想。
探索中國的可重復(fù)使用火箭
星際榮耀公司雙曲線二號近期的兩次成功發(fā)射驗證了該火箭的快速重復(fù)使用能力。季海波說，這意味著星際榮耀初步掌握了重復(fù)使用火箭低空返回與著陸和重復(fù)使用的一系列關(guān)鍵技術(shù)。
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11月2日，星際榮耀公司研發(fā)的液氧甲烷可重復(fù)使用驗證火箭雙曲線二號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空。約1分鐘后，火箭在目標著陸點平穩(wěn)精確著陸，火箭狀態(tài)安全恢復(fù)，飛行試驗任務(wù)取得圓滿成功。
根據(jù)使用推進劑的不同，火箭通?？煞譃楣腆w火箭和液體火箭。相較于固體火箭，液體火箭具備比沖高、推力可調(diào)、可多次啟動等優(yōu)點，是可回收運載火箭的更優(yōu)選擇。
劉磊說，甲烷成本低廉、采購方便，液氧甲烷不易結(jié)焦積碳的特性有利于發(fā)動機和火箭的維護，是打造可重復(fù)使用火箭的可行路徑之一。
“得出這個結(jié)論后，雖然我們明白自己是在走一條別人沒有走過的路，需要花費更多時間，背負更多壓力，但目標自始至終沒有改變。”劉磊說。
經(jīng)過一系列準備工作，藍箭航天團隊于2023年7月12日迎來了朱雀二號遙二運載火箭的成功發(fā)射。在眾人齊聲吶喊的倒計時結(jié)束后，火箭底部的烈焰熊熊噴射，形成4道明亮的光束，將火箭送上天空。火箭內(nèi)部以液氧甲烷為動力的“天鵲”發(fā)動機，為藍箭公司掌握可回收技術(shù)打下基礎(chǔ)。
“藍箭航天從2015年成立到實現(xiàn)成功發(fā)射用了八年時間，可謂是八年磨一‘箭’。” 劉磊說。
在朱雀二號遙三運載火箭成功發(fā)射后，藍箭航天公布了朱雀三號可重復(fù)使用液氧甲烷運載火箭的研制計劃。朱雀三號一級設(shè)計復(fù)用次數(shù)將不少于20次，運載能力較強，可助力大規(guī)模星座組網(wǎng)任務(wù)。
帶動產(chǎn)業(yè)鏈良性發(fā)展的“箭頭”
火箭是進入太空、開發(fā)太空的最主要工具，現(xiàn)階段民營火箭公司的主要客戶是商業(yè)衛(wèi)星公司。“我們更多的是瞄準商業(yè)市場的應(yīng)用，去解決客戶的痛點，客戶需要什么，我們就去研發(fā)什么。”夏東坤說。
北京國電高科科技有限公司是一家以研發(fā)低軌衛(wèi)星為主的商業(yè)航天公司，這家公司與星河動力的合作始于谷神星一號的首發(fā)箭。
“首發(fā)箭發(fā)射失利的風(fēng)險較高，一般來說衛(wèi)星企業(yè)不愿意使用首發(fā)箭，但我們公司對星河動力的技術(shù)部門較為了解，對他們很信任，果然第一次合作就旗開得勝，為之后的合作打下了良好的基礎(chǔ)。”國電高科相關(guān)負責(zé)人裴瑤說。
裴瑤表示，公司在選擇火箭時既看重穩(wěn)定性也關(guān)注性價比，“國家隊”的大運力火箭固然可以發(fā)射商業(yè)低軌小衛(wèi)星，但“起步價”較高，而民營火箭公司研制了能精準匹配這部分需求的小運力、低軌發(fā)射的火箭，發(fā)射價格可大為降低，為衛(wèi)星公司提供了多一種選擇。
近年來，北京國電高科科技有限公司通過民營火箭發(fā)射了8顆低軌窄帶通信衛(wèi)星。這些衛(wèi)星可解決地基信號覆蓋不到的區(qū)域內(nèi)的物體信息回傳，在山水林田湖草沙、地質(zhì)災(zāi)害、病蟲害和特高壓線路等領(lǐng)域的監(jiān)測上發(fā)揮作用。
商業(yè)火箭與衛(wèi)星都是中國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，目前，該市場規(guī)模已超萬億元，國內(nèi)已注冊并有效經(jīng)營的商業(yè)航天企業(yè)數(shù)量超過400家。
12月9日7時39分，朱雀二號遙三運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。新華社發(fā)(汪江波 攝)
藍箭航天在浙江布局了兩個智能制造基地，分別開展火箭總裝測試、發(fā)動機制造和熱試車工作，朱雀二號火箭配套所需的零部件有很大一部分也來自浙江。
“火箭的制造處于我國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)鏈的上游，火箭發(fā)射位于中游，火箭公司通過不斷研發(fā)與改進，能夠摸索出一套適用于全產(chǎn)業(yè)鏈的標準化流程，帶動商業(yè)航天走向良性循環(huán)軌道，使商業(yè)航天的普及度越來越高。”劉磊說。
（原標題：中國故事丨揮“箭”星河的民間推力）
【責(zé)任編輯：黃奕宏】
【內(nèi)容審核：孫令衛(wèi)】
