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admin2021-05-03171

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原题目:中国商业火箭的宿世、今生与未来

北京呼风唤雨文化传媒有限公司

长征二号、三号、四号都是从液体武器型号衍生而来。用固体武器型号衍生一种小型商业火箭,同样是对传统的继续。

中国商业火箭的宿世、今生与未来

文 | 刘语霏 王文浩

本文原载于《卫星与网络》杂志2020年11月刊

1990年4月7日,乳白色的长征三号运载火箭矗立在西昌卫星发射中央的发射工位上。深夜,火箭顺遂腾飞,把美国休斯公司制造的亚洲一号通信卫星送入地球同步转移轨道。那是历史性的一刻,中国的航天终于迈进了商业化的大门。

从亚洲一号的发射到现在,中国航天商业发射已经走过了30年的历程。从国家队出国承揽发射义务,到整星出口在轨交付,再到商业火箭、商业发射服务公司的泛起,中国的商业发射已经走完了自己的“宿世”,正在“今世”当中上下求索,以求加倍远大的“未来”。

已往之一:从发射外星到在轨交付

上世纪80年代中期,中国就在返回式卫星发射项目中,为外洋搭载空间研究的有效载荷。对国际发射服务市场的领会越深入,中国航天人就越加清晰地认识到,用中国火箭给国际市场提供发射服务,是有远景和希望的。从亚洲一号最先,由中国长城工业总公司向国际市场承揽发射服务,先后为天下多个运营商发射了美国、欧洲制造的通信卫星。1999年,美国抛出《考克斯讲述》,对中国的国际发射服务业造成了严重影响。但同时,东方红四号等卫星平台的成熟,使中国具备了整星出口能力。2007年,尼日利亚一号卫星的发射,标志着中国发射服务业进入一揽子服务、在轨交付的阶段。

回首这个时期的航天发射服务,有几个特点:用来执行发射义务的火箭,是中国运载火箭手艺研究院提供的;详细的服务商是中国长城工业团体有限公司(即中国长城工业总公司,2011年更名)。其次, 30年间,发射了52次(含搭载、中外互助卫星、出口卫星和入口卫星)。这个发射成就取得不易,只管数目偏低,但与谁人时代卫星体积大、制造数目少、小卫星尚未兴起,有直接的关系。其三,周期长。从签订合同到发射卫星,往往需要几年的时间,这是传统模式下卫星、火箭、发射场手艺流程所决议的。

直到今天,这个时期的商业模式并没有完全消逝。随着中国卫星制造能力的增强和整星出口能力的具备,中国航天科技团体有限公司依然在用大型火箭为市场提供长周期发射服务。

但,就是在这个阶段,随着小卫星手艺的提高和外洋商业航天的兴起,新的发射服务商业模式最先在中国萌发。进入21世纪后,长征系列火箭搭载发射海内外小卫星的频率越来越高。2010年后,小卫星呈现出进入营业主流的趋势,泛起了一大批基于小卫星的商业星座创业企业。传统的不定期搭载发射已经不能知足小卫星产业的需求。

这个问题在中国体现得更为突出。作为主力的长征火箭,负担着繁重的国家义务。新兴的商业卫星企业财力有限,很难把获取发射服务的机遇寄托在外洋火箭身上。对中国商业火箭更强烈的需求已经呼之欲出。

已往之二:长征十一号的降生

2010 年前后,海内有单元提出,行使现有导弹手艺基础,研制一种小固体燃料火箭发动机的小型运载火箭。这启发了航天科技团体公司的向导,航天科技同样掌握了大直径固体火箭的基本手艺,能不能在武器型号的基础上开发一种航天运载型号呢?

另外,美国那时已经提出了快速响应航天观点,也就是著名的ORS。这将从根本上改变航天发射流动的理念,中国有需要牢牢跟上。

团体公司向导经由思量,以为那时正在卖力某固体型号的杨毅强是最合适的人选。杨毅强对这个新的义务没有什么思想准备,“商业运载火箭”和“发射服务市场”,是另一个部门的营业。然则从手艺生长的脉络上,这是顺理成章的。长征二号、三号、四号都是从液体武器型号衍生而来。用固体武器型号衍生一种小型商业火箭,同样是对传统的继续。让固体型号的卖力人来负担这项事情,固然再合适不过了。

杨毅强,长征十一号火箭首任总指挥,现任中国科学院空天航行科技中央主任、北京中科宇航探索手艺有限公司董事长

那时,这个型号还没有命名。项目组就以“小型固体运载火箭”为题展开了事情。团队通过调研以为,小卫星和快速响应发射有着不能忽视的远景。团队以“组网,补网,重构”六个字,抓紧一切机遇向团体公司向导和用户单元宣讲。团体公司对此高度重视,组织了评审专家组。经由评审之后,团体公司办公会快速通过、立项。中国运载火箭生长的一条新战线就这样开辟出来了。

那么这种火箭到底该叫什么名字呢。一最先的时刻,人们给她起了个名字叫长征-GT,也就是“长征-固体”。有人开顽笑地称为“长征-个体”。杨毅强回忆说,那时长征九号还没有立项,然则团体公司思量,“九”在中国文化中示意最高、最大,不适合给小火箭使用。于是杨毅强说,“我们另起一行,长征十一”。这个名字就这样定下来了。

长征十一号火箭在车间里

(图源 | 中国运载火箭手艺研究院)

在长征十一号研制历程中,小卫星的生长并没有人们想象的快。纵然在体制内,也有相当一部分向导对长征十一号的市场远景表达了忧虑。那时,团体公司一位同志问杨毅强:你搞长征十一号,你的发射设计在哪?给谁发射,发射什么?

这样的问题,体现了传统航天的头脑方式。有卫星义务、有明确的部署设计,才气制订火箭的研制方案和研制设计。虽然那时团体公司已经开展了国际发射服务的承揽,然则若是一种用国有资本研制出来的火箭由于找不到市场而闲置,在商业上就是失败的。那时国家义务小卫星数目并不多、进度不算快,长征十一号团队必须回覆这样一个问题:未来固体火箭向何处去?

既然长征十一号是作为商业火箭立项的,那么就必须向市场追求出路。从2015年最先,杨毅强率领团队,普遍造访了第一批商业航天企业,包罗长光卫星手艺有限公司、北京国电高科科技有限公司、珠海欧比特宇航科技股份有限公司等企业的卖力人。这是那时团体运载火箭型号当中,第一个把海内商业卫星当做主要服务工具的。

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谈及这段历史,杨毅强笑着说:“在那段时间里,只要获得一个客户的新闻,我们就会第一时间带着一份中英对照的火箭手册和一个火箭模子去造访”。

其中的一次互助让长征十一号团队印象深刻。欧比特公司研制的珠海一号星座的卫星,单颗质量还不到100千克,10颗卫星总共不到1吨。若是用那时海内的任何其他型号火箭来发射,都是大马拉小车。搭载发射又不能知足星座组网进度要求。长征十一号团队经由研究,以为可以用两次发射来完成。但根据传统火箭运力和整流罩内部设置,是做不到的。

经由几个月频频论证,双方设计了一个听起来就很惊险的一箭五星方案,火箭的运载能力只有0.9千克的余量、卫星之间的距离只有毫米级!但,“两次发射都异常乐成!”欧比特公司的董事长颜军现在谈及,语气中,仍然透着昔时的兴奋。

就是在这样的互助与磨合中,市场对这个型号的领会越来越多。不少专业人士评价:若是没有长征十一号,就没有中国的商业火箭,就没有中国商业航天的今天。

装载着5颗珠海一号卫星的长征十一号火箭

长征十一号是中国第一种真正意义上的固体运载火箭,也是同时期型号中最晚立项、最早发射乐成的。停止2020年12月10日,11发长征十一号所有发射乐成。

长征十一号的生长和使用,证明了固体运载火箭在主流发射市场上能够占有一席之地。也证明了,真正的商业发射服务市场必须开发出一种全新的、适合商业航天本质的模式。它是对传统发射服务模式的继续,但同时,也必须有创新性、甚至推翻性的生长。服务商不能只是拿成熟火箭小修小改来提供服务,而是要努力知足市场对低成本、短周期、强适应性的需求,要根据市场需求努力研制全新观点的火箭和发射手艺。

2018年底,中国科学院决议确立空天航行科技中央。有关的靠山,是中科院加倍深刻地介入了航天流动,从已往的支持与协助,进入到了自己提出和抓总一些探索性、前瞻性型号。同时,中科院的详细研究所、课题组和科研职员,也在关注一些突破性的关键手艺。要让这些手艺落实到应用上,就需要确立一个实体。

与此同时,中科院已经在火箭相关领域突破了许多关键手艺、形成了大量科研功效。然则其中相当大的一部分没有应用机遇,这与NASA的情形异常相似。NASA通过SBIR/STTR(小企业创新研究/小企业手艺转移)机制和SPINOFF(手艺转让设计)机制,大量把手艺功效转化给商业企业。对中科院来说,至少航天方面的功效还没有这样的转换机制。

科学卫星的研制和发射需求,也对传统运载火箭和发射模式提出了新的挑战。随着平台手艺的成熟,卫星已经从围绕平台开展设计,演变到了围绕有效载荷开展设计。中科院在科学领域的许多研究需求,最后要落实到实验设计上,而实验器材就是卫星的有效载荷。现有的卫星平台和火箭,在手艺和进度上,都不能与实验器材匹配得很完善。中科院需要自己开发卫星,进而需要为自己服务的运载器。

经由频频探讨,人们提出了这样一个模式,确立一个夹杂所有制的火箭公司,把中科院、特别是力学所的有关科研功效逐步转化到火箭公司里,形成一种全新理念的火箭,首先为中科院的卫星发射义务服务,进而走向市场,为海内外卫星业主提供高水平的发射服务,建构并形成商业发射服务市场的新格局,推动航天手艺更快、更好地服务于人民生活和社会生长。

经由仔细计划和运作,北京中科宇航探索手艺有限公司正式确立,由杨毅强担任法定代表 人,负担起了从科研界到产业界的功效转化角色。中科宇航现在正在通过多渠道的功效转化,研制中科一号系列固体运载火箭,并将在2021年内举行首次发射。届时,这枚天下上最大的固体燃料运载火箭,将为商业航天展示一个完全差别的未来。

中科一号甲(ZK-1A)固体运载火箭示意图及相关参数,该火箭设计于2021年首次发射

在可预见的未来,人类依然要靠化学能火箭进入宇宙。火箭的运载能力,依然不能突破化学燃料比冲的限制。但这并不意味着火箭制造者们没有施展的余地,马斯克已经为我们证明了,传统火箭依然有大量的潜力可以挖掘。今天的火箭在结构、质料、控制、燃烧效率、可重复使用、生产规模效应、发射流动的流程优化等诸多方面,另有大量值得突破和推翻的地方。

随着地月经济逐渐成为现实,人类对航天发射的需求可能要比现在扩大许多倍。从地球到月球、拉格朗日点、近地小行星之间的职员往返,空间基础设施建设所需要的物资、装备送达,外星球或者空间产物的返回地球……将需要更多、更强的发射服务,需要远比现在更大的运载火箭。有人曾经用波音737客机作为样本,提出对未来天地往返运输系统的设想:运载比只管高、能天天不间断地频仍使用、价格低廉、维修和调养简朴。

这其中的实质,是航天要回归工业化的本质。只有为民众服务,才气成为真正的工业手艺。若是航天仅仅知足于为大客户发射几颗卫星的需要,显然是不够的。一定是为通俗民众服务,航天才成为工业手艺,才气从一个工艺品酿成一个工业品,才气产业化。商业航天自己现实就是航天自己工业化的回归,就像飞机从有钱人的竞赛玩具到军事用途,再到今天普及化的民用航空一样。也像汽车一样,在履历了这样的一个历程后,走进了千家万户。航天只有商业化,才气走下神坛,走入寻常百姓家。

虽然火箭不能能到达波音客机那样的运载比,然则大大降低使用成本和提高航行频率,却是应该追求和实现的。

所有这一切,都要从实事求是提高火箭手艺水平和服务水平最先。根据中科宇航的设想,往后不但要实现中科一号系列火箭的高频率发射服务,还要探索灵活式海上发射的可能性,用一艘巨轮装上几枚火箭,航渡到卫星制造设施的四周,为卫星业主提供就近发射的利便。在这个历程中,企业将积累团队、知识、能力和资金,为大型甚至重型火箭的研制,为新观点发射手段的研制奠基基础。

局势所驱,迎头而上,为识时务者。但,其中最值得激励和支持的,是敢于勇敢创新、勇于进取和不停挑战的精神与文化。

这,何尝不是商业航天的希望与未来。

后记:

无论佛家照样道家,都有着三生三世的说法。详细到三世,则有已往、现在、未来三世。

实在不仅仅是人,一个产业或者一个细分市场,同样可以用已往、现在、未来的理念来看待和明白。

中国的发射服务产业从走向国际市场、初试啼声,到回归海内市场、为商业航天提供支持,已经走完了自己的宿世,正在今世当中奋力求索,未来若何,还需要今天的我们,配合携手去建立。

网友评论

3条评论
  • 2021-02-16 00:01:24

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