记者 赵天宇 图文编辑 陈永杰
2019年7月25日13点,星际荣耀公司的“双曲线一号”火箭在酒泉发射升空,成功把载荷送入预定轨道。这是中国民营火箭公司第三次尝试发射卫星,也是首获成功。
不过也有不少人发现,三次不同公司的火箭发射,采用的都是固体发动机的形式,与当下主流的液体发动机依然有一定区别。不断提高技术路径,或许是未来中国民营航天企业突出重围,快速发展过程中必不可少的环节。
从“探空火箭”到“运载火箭”
包括星际荣耀、蓝箭航天在内,尽管多家国内商业航天公司都把Space X当做追赶乃至超越的目标,但实际情况却是——蓝箭航天发射的朱雀一号发射失利、零壹空间OS-M运载火箭也惨遭发射失利,与Space X动辄上千吨的重载火箭相比,星际荣耀也仅仅能把搭载两颗卫星的火箭送入轨道。中国在商业航天技术、规模与市场等多方面,与美国相比都处在儿童学步阶段。
▲零壹空间创始人兼CEO舒畅(图片来自网络)
不过国内的民营火箭公司也有自己的“中国特色”,与Space X动辄数千吨的大型火箭不同,他们的目标显得更加“接地气”。
资料显示,把微小卫星送入近地轨道,大幅降低商业航天运营成本实现利益最大化,是多家民营火箭公司在短期内共同追求的目标。
“商业航天就像专车服务一样,只不过是往太空上送东西。”零壹空间联合创始人马超这样解释。
发射微小卫星需要火箭,但“运载火箭”与“探空火箭”是有根本区别的。探空火箭一般是结构简单的无控火箭,达到预定的探测高度即可,主要目的还是数据的收集探测,所获取的资料可用于天气预报、地球和天文物理研究,并为航天设备研制提供必要的环境参数。这与真正的“商业航天”似乎差距不小。
但从探空火箭到运载火箭,却也是一步一个脚印的过程,并无捷径可选。
就拿发射成功的星际荣耀来说,2018年4月5日,星际荣耀在海南发射场成功发射双曲线-1S固体火箭,这是中国民营火箭企业发射的第一枚探空火箭。此后,2018年9月6日,星际荣耀又在中国酒泉卫星发射中心成功发射了一枚代号为双曲线 1Z的固体亚轨道探空火箭。这两次火箭发射,为真正发射入轨运载火箭进行了多方面关键技术验证。
运载火箭技术难度高
实际上,运载火箭的结构比探空火箭更加复杂,其组成部分有箭体、动力装置系统和控制系统,这三大系统称为运载火箭的主系统,此外,箭上还装有遥测系统、外测系统和安全控制系统等,是真正意义上的航天载具,“远不是点火发射打上去这么简单”。
但略显遗憾的是,除了星际荣耀以外,目前民营火箭公司当中发射成功的火箭都是探空火箭,蓝箭航天和零壹空间的运载火箭发射则全部失败:蓝箭航天的朱雀一号在第三级火箭脱落时发生故障入轨失败,可谓功亏一篑;零壹空间的OS—M则因为速率螺旋故障“刚飞上天就散架了”,失败得更加彻底一些。
就航天国家队来说,探空火箭实则是个已经掌握成熟的技术。资料显示,早在1960年2月19日,我国第一枚试验探空火箭T-7M在上海南汇县老港镇东进村海边滩涂成功发射。同年5月28日,毛泽东主席在上海新技术展览会尖端技术展览室兴致勃勃地观看了该火箭。当他得知这一火箭是由一群从来没有干过航天的“初生牛犊”搞出来的,非常高兴,将他们大大褒奖了一番。他同时激励年轻人,一定要搞出飞得更高更远的火箭。
不过,即便是官方对于从探空火箭到运载火箭的探索过程,也长达20年之久;1980年5月18日,我国向太平洋预定海域发射的第一枚运载火箭获得了圆满成功。这枚运载火箭在高空中顺利完成了火箭级间的分离、发动机关机和火箭头体分离等一系列程序,精确地沿着预定轨道飞完全程,最后在预定区域准确入海。
▲2018年,由中国航天科技四院研制的天鹰系列新型探空火箭发射升空(图片来自网络)
也正是在运载火箭发射成功以后,我国航天技术才有了一个全新的突破,并逐步实现了系列化、通用化和商业化,还开始为国外用户提供服务:以“七五”期间为例,我国共成功地发射了14颗人造地球卫星,其中12颗是通过运载火箭发射完成的。
研发液体发动机为关键
另一方面,在发动机上,液体发动机具有比冲性能高、启动工作平稳、易于批量生产、可重复使用等诸多优点,是商业航天发射的最佳选择,也被国际上主流火箭,例如我国的长征1-7系列、俄罗斯的联盟号系列所使用。
但是,由于技术局限,目前国内民营火箭企业依然以固体发动机为主,也有人将这种火箭戏称为“大号二踢脚”,本质上依然是外部壳体包裹着一堆火药,技术性不高。
主流的液体火箭通常使用的燃料包括,四氧化二氮/偏二甲肼;液氧/煤油,以及液氢/液氧,甚至液氧甲烷。马斯克未来用于发射“星际飞船“的“猛禽‘发动机,贝索斯的BE4发动机以及中国民企蓝箭航天正在研制的”天鹊“发动机都是液氧甲烷发动机。
根据相关企业透露的规划,未来搭载液体发动机的火箭依然是研发主流。蓝箭航天计划在未来两年内,持续专注于液氧甲烷运载航天发动机和液氧甲烷运载火箭的研制。星际荣耀的研发重点也是运载能力更强的低温液体发动机,同时也计划于2020年前后发射液体运载火箭。
在业内人士看来,这似乎并不容易,民营火箭发动机研制或许还有很长的路要走。一位航天集团内部人士表示:“Space X 借助了NASA的发动机和图纸,而国内航天明确发文,不给民营公司提供发动机。依靠民营公司自主研发大推力发动机,资金和人力的投入是惊人的。”