科技創新助力探索浩瀚星河

從火箭技術到衛星技術，從回收與復用技術到航天測控通信技術，每一個技術分支都在不斷進步，推動著商業航天產業的蓬勃發展。

商業航天就像是人類施向太空的魔法，向普通大眾揭開了太空的神秘面紗，把科幻電影里的場景變成了現實。

商業航天是以市場為導向、以企業為主體、以太空探索和利用為目的的經濟活動，涵蓋火箭發射、衛星應用、太空旅游等多個領域，旨在通過商業手段實現太空資源的利用和太空技術的應用。人類要想探索浩瀚星河，少不了助推商業航天的“引擎”—— 科技創新。

“太空列車”的發動機

火箭技術，作為商業航天產業的核心驅動力，被形象地比喻為商業航天的“發動機”，是人類叩響太空之門的關鍵鑰匙。在電影《流浪地球》中，那些宏偉壯觀且連接天地的太空電梯讓人印象深刻。這一極具想象力的科幻構想，其原型植根于火箭技術的理論基礎。

火箭的心臟就是發動機，它的性能直接決定了火箭能飛多遠、運多少。火箭發動機可以分為固體火箭發動機和液體火箭發動機。顧名思義，固體火箭發動機采用固體推進劑作為燃料，像個大型“沖天炮”，其成本相對較低，結構簡單、可靠性高，可隨時發射，適合那些需要快速響應的發射需求。而液體火箭發動機采用液體燃料，如液氫、液氧等，能量密度高，使得液體火箭發動機能夠飛得更遠、運載能力更強，但是液體燃料需要低溫儲存且在發射時進行加注，因此液體火箭通常發射準備時間較長。

固體火箭在我國商業航天中主要用于小型衛星發射，有快舟、捷龍等系列。固體火箭的成熟技術和快速響應能力使其在特定領域具有優勢。快舟一號甲是由中國航天科工集團研制的三級固體運載火箭，全長約20米，起飛質量約30噸，700千米太陽同步軌道的運載能力為200千克，近地軌道運載能力為300千克，主要面向微小衛星發射和組網，具備一箭多星發射能力。捷龍三號火箭是由中國航天科技集團研制的四級固體運載火箭，可實現零窗口、全方位發射，72小時內完成星箭技術準備和發射任務，全箭總長31.8米，箭體最大直徑2.65米， 起飛質量140噸，500千米太陽同步軌道運載能力1.5噸。

火箭發射 圖 /AI生成

固體火箭運載能力有限，難以滿足未來商業航天市場對大型衛星和高軌道發射的需求。液體火箭是我國商業航天的未來發展方向，國內多家商業航天公司都在積極布局液體火箭的研發和應用。液體火箭在商業航天市場中具有較大的潛力，尤其是在大型衛星發射和可回收火箭技術方面。大家熟悉的“胖五”——長征五號就是一種大型低溫液體捆綁式運載火箭，火箭全箭總長56.97米，起飛質量約869噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉移軌道14噸的運載能力。長征五號研制成功，標志著中國運載火箭實現升級換代，是由航天大國邁向航天強國的關鍵一步。

火箭又是如何在飛行中改變方向的呢？我們知道，火箭發動機噴出的火焰是它的動力來源，那么推力矢量控制技術，就是通過改變噴出火焰的方向，來改變火箭的飛行方向。它通過調節火箭發動機噴管的方向，改變發動機推力的作用點，從而控制火箭的姿態。該技術通過精確控制飛行方向，可以使火箭的飛行更加機動靈活，進而減少不必要的燃料消耗，提升火箭運載能力，并且可以應對各種氣流干擾。更重要的是，對于可重復使用的火箭，推力矢量控制技術可以幫助火箭在返回地球時精確控制著陸位置，就像一個熟練的飛行員，可以精準降落在指定地點。例如，中國科學院的力箭一號就搭載了推力矢量控制技術來提升火箭飛行精度。

火箭在大氣層中飛行時，空氣會像水流一樣“拍打”火箭，使其無法保持平衡，此時安裝在火箭尾部的氣動控制面（如柵格翼、翼面等）就像給火箭裝上“小翅膀”，“小翅膀”通過改變其角度，讓空氣流動的方向發生變化，從而對火箭產生一個反作用力，這個反作用力可以幫助火箭調整姿態，比如向上、向下、向左、向右，或者保持平衡。舉個例子，如果火箭在飛行中稍微向左傾斜，氣動控制面會自動調整角度，讓空氣對火箭產生一個向右的推力，把火箭“扶正”。這個過程就像我們在騎自行車時，身體稍微傾斜，車輪會自動調整方向，幫助我們保持平衡。該技術一般用于大氣層內的火箭姿態控制。例如，中國航天科工集團的快舟一號和藍箭航天發布的朱雀三號都利用到該技術來調整飛行姿態和落點控制。

當然，除了上述技術外，反應控制系統（RCS）也對火箭飛行中調整飛行姿態起到至關重要的作用。它主要由一組小型發動機噴嘴組成，這些噴嘴主要分布在火箭的頭部、尾部和側面，每個噴嘴都可以獨立工作，當需要調整姿態時，該噴嘴通過噴射高速氣體產生微小的推力來助力火箭的軌道機動和姿態微調。

突破地球引力束縛、實現高效太空運輸、提升有效載荷，對火箭材料的選擇至關重要。碳纖維增強復合材料號稱航天科技中的“黑黃金”，具有輕量化、耐高溫、抗疲勞、耐腐蝕的特性，其密度不到鋼的四分之一，抗拉強度卻能夠達到鋼的7～9倍，并可在2000℃以上的高溫環境中保持穩定狀態，也被譽為“航天嚴選”的優質材料。在長征五號B運載火箭的研制中，中國航天科技集團采用了碳纖維復合材料“3+2”蜂窩夾層結構整體成型技術，實現火箭尾段減重400公斤。

太空中的“千里眼”和“順風耳”

商業航天是利用商業模式運營的航天活動，旨在通過商業市場的方式開展航天技術和服務的研發、制造、發射和應用。人造衛星作為商業航天的關鍵組成部分，應用非常廣泛 ，如衛星通信、衛星導航、衛星遙感等領域。人造衛星猶如“千里眼”和“順風耳”，不僅能看清楚太空中的景象，還能和地球上的設備進行“對話”。

遙感衛星好比太空中的“千里眼”，它能拍下地球表面的高清圖像，幫助人們了解地球上的各種情況。高分辨率遙感衛星更是“火眼金睛”，能清晰地識別地面上的小型物體，為國土資源調查、環境監測、農業估產等領域提供寶貴的數據。中國航天科技集團發射的高景一號衛星星座，就是我國首個0.5米級高分辨率商業遙感衛星星座，它的出現扭轉了國外長期壟斷亞米級商業遙感數據的局面。未來，在科技的加持下，它們的分辨率會更高，甚至可能看清每一片樹葉，重訪周期也會更短，就像一個“實時監控器”，可以隨時更新地球的動態。低軌衛星星座的建設會讓遙感衛星“無處不在”，災害預警和應急響應會更快、更精準。

作為無線電中繼站，通信衛星技術就像是太空中的“順風耳”，它能讓信息在全球范圍內快速傳遞。高通量通信衛星是通信衛星中的“佼佼者”，它能提供高速互聯網接入服務，讓航空、航海、偏遠地區的人們都能享受到便捷的通信服務。實踐十三號衛星是中國首顆高軌道高通量通信衛星，由中國航天科技集團五院研制，其通信總容量達20Gbps以上，讓人們在高鐵、飛機上實現上網沖浪的夢想。

隨著技術的進步，低軌道衛星正在改變傳統衛星通信的格局，這些衛星離地球更近，延遲更低，能提供更快的互聯網服務，未來甚至可能讓全球每個角落都能享受到高速網絡。上海牽頭的千帆星座一期部署648顆衛星，提供區域網絡覆蓋；二期部署1296顆衛星，實現全球網絡覆蓋；三期規劃由超過1.5萬顆衛星為地球村的每一個角落提供多元融合服務。

助推器 圖 /AI 生成

導航衛星，就像是太空中的“指南針”，它能為全球用戶提供精準的定位、導航和授時服務。全球衛星導航系統（GNSS），如北斗、GPS、GLONASS等，通過多顆衛星組成的星座，實現了全球覆蓋，讓你隨時隨地知道自己身在何處。北斗衛星是中國航天界的“太空明星”，它不僅是中國的驕傲，更是全球導航領域的“超級巨星”。北斗是全球第一個提供三頻信號服務的衛星導航系統，這意味著，如果一個頻率信號被干擾，它還能用另外兩個頻率繼續工作，定位精度和抗干擾能力都超強。GPS還在用雙頻信號，而北斗已經領先一步。北斗的短報文通信功能堪稱“黑科技”。以前求救者發出信息后不知道對方是否收到，而北斗實現了雙向溝通，求救者不僅能發出信息，還能收到確認回復，這種功能在緊急救援中簡直是“救命神器”。北斗三號系統已經實現了全球覆蓋，不僅能為全球提供定位導航和授時服務，還能提供國際搜救和全球短報文通信服務。它與GPS、GLONASS、Galileo系統并駕齊驅，成為全球四大衛星導航系統之一。

太空經濟的“省錢法寶”

傳統的火箭和衛星在執行完任務后便會被廢棄，不僅成本高，而且還可能產生一些垃圾污染太空環境。回收與復用技術，堪稱商業航天的“省錢法寶”，它能讓火箭和衛星這些昂貴的設備多次使用，大大降低成本。火箭回收技術，就像是給火箭裝上了“返程票”，其通過柵格翼、發動機矢量控制等技術，能按照預定軌跡返回，并在指定區域軟著陸，為再次發射做好準備。長征十二號甲是中國航天科技集團八院抓總研制的一款可重復使用火箭，2024年6月，它完成了國內首次十公里級垂直起降回收試驗，這是目前國內執行過最大規模的垂直起降回收測試，標志著中國在火箭回收技術上邁出了重要一步。藍箭航天自主研發的朱雀三號VTVL-1可重復使用垂直起降回收試驗箭堪稱“太空舞蹈家”，2024年9月，它成功完成了十公里級垂直起降返回飛行試驗，驗證了垂直起降返回火箭空中二次點火和跨音速大動壓環境下“柵格舵-冷氣姿控-發動機”聯合制導控制等關鍵技術，這是國內商業航天的重大突破。

衛星回收與再利用，就像是給衛星來了個“職業生涯第二春”。衛星在完成任務后，通過推進系統使其脫離軌道并調整姿態，以精確的角度再次進入大氣層后，與大氣產生劇烈摩擦，速度迅速降低，外部溫度急劇升高，此時衛星的熱防護系統開始發揮作用，保護衛星內部的設備和載荷免受高溫的損壞。當衛星下降到一定高度時，降落傘系統啟動進一步減速，在接近地面時，衛星底部的氣囊開始充氣減輕著陸時的沖擊力，保護衛星和內部載荷的安全，衛星著陸后地面回收人員迅速到達著陸現場，完成對衛星進行檢查和回收。

2024年10月11日，我國成功回收了首顆可重復使用返回式技術試驗衛星——實踐十九號，該任務標志著我國在衛星回收技術上邁出了重要一步。實踐十九號衛星不僅成功完成了多項技術驗證，還搭載了植物種子和微生物進行空間育種試驗，為農業和生物技術發展提供了重要支持，它就像一個“太空快遞員”，完成任務后精準返回地球，為未來的衛星回收和重復使用奠定了堅實基礎。

太空與地球的“熱線電話”

商業航天的航天器發出后，需要持續對其進行監控和控制，而此時的“熱線電話”——航天測控通信技術至關重要，如航天器的飛行軌跡、姿態和工作狀態的測量、監視與控制任務等等，它是航天器從起飛至壽命結束過程中天地聯系的唯一手段。而地面測控站又是航天測控通信系統的重要組成部分，它是連接地球與太空航天器的關鍵樞紐，可對航天器進行跟蹤測量、控制和通信。

地面測控站的設備包括外測系統、遙測系統、遙控系統、通信系統、電視系統、時間統一系統、計算系統以及輔助設備。其中，外測系統是地面測控站的主體部分，其任務是對航天器進行跟蹤測量，獲取航天器的運動參數，確定航天器的軌道和位置，精準檢測航天器的一舉一動。遙測系統的任務是接收從航天器發送的關于航天器上設備工作狀態、空間環境參數和宇航員的生理信息等。電視系統用于接收有關載人航天器的動態作業情況，觀察航天員在航天器內和艙外的活動。計算系統則是整個測控系統的核心，要求大容量、高速度的計算機，來滿足快速精準處理海量遙測數據、精確計算軌道參數、高效生成并發送控制指令、穩定管理通信鏈路的需求。時間統一系統用于為地面測控站提供精確標準時間基準，同步各設備時間，保障測控數據準確性和任務協同性。

我國在國內有5個陸上測控站，包括東風站、渭南站、青島站、廈門站、喀什站，在國外有4個陸上測控站，包括卡拉奇站、納米比亞站、馬林迪站和智利站。

火箭回收 圖 /AI 生成

由于地球是球體，地面測控站的信號覆蓋范圍有限，隨著航天器的飛行，會超出測控站的視距范圍。中繼衛星位于地球靜止軌道，相當于在太空中架設了一個信號中轉站，可以接收航天器的信號并轉發到地面測控站，大大擴展了測控覆蓋范圍，實現對航天器的全球、全天候測控通信覆蓋。

我國的天鏈衛星系統是中繼衛星的“明星成員”，從2008年發射的天鏈一號01星開始，已經建成了兩代中繼衛星系統。天鏈一號01星讓神舟七號飛船的測控覆蓋率從18%提高到了50%。2012年，天鏈一號02星和03星組網運行，使我國成為繼美國之后第二個擁有全球覆蓋能力的中繼衛星系統的國家。2025年3月26日，長征三號乙運載火箭在西昌衛星發射中心成功將天鏈二號04星送入預定軌道，這顆衛星是我國第二代地球同步軌道中繼衛星，主要用于為飛船、空間站等載人航天器提供數據中繼和測控服務，同時也為中、低軌道資源衛星提供數據中繼和測控服務。天鏈二號04星在傳輸能力、響應速度等方面進行了多項技術狀態改進，進一步提高了我國第二代地球同步軌道中繼衛星的自主性和安全性。鵲橋中繼衛星則是為嫦娥四號任務量身定制的中繼衛星，它部署在地月L2點，為嫦娥四號探測器在月球背面著陸和通信提供了關鍵支持，鵲橋中繼衛星就像一座“太空橋梁”，讓地球和月球背面的探測器能夠實時通信。

商業航天，這個充滿無限可能的領域，正以它獨特的魅力吸引著全球的目光。從火箭技術到衛星技術，從回收與復用技術到航天測控通信技術，每一個技術分支都在不斷進步，推動著商業航天產業的蓬勃發展。未來，商業航天將繼續以技術創新為引領，不斷探索和開拓，向著更深更遠的太空邁進。讓我們一起期待商業航天帶來的更多驚喜吧！

（文章來源：《創意世界》2025年6月號）

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編校：范曉華，審讀：郭麗

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