星座組網(wǎng)“大箭”力箭二號(hào)系列火箭入軌首飛將至！

2025年7月，中科宇航公司在該司產(chǎn)業(yè)化基地舉行了“力箭二號(hào)”運(yùn)載火箭首飛任務(wù)“攻堅(jiān)戰(zhàn)”動(dòng)員大會(huì)，“力箭二號(hào)”首飛就此進(jìn)入沖刺階段，一型獨(dú)特的可復(fù)用火箭即將迎來(lái)首飛。

有望成為世界第一型實(shí)現(xiàn)集束回收的可復(fù)用運(yùn)載火箭

“力箭二號(hào)”為中科宇航公司研制的中型低溫液體運(yùn)載火箭，采用兩級(jí)半構(gòu)型，主體由芯一級(jí)、芯二級(jí)及兩枚芯一級(jí)模塊助推器構(gòu)成，起飛級(jí)為三芯并聯(lián)的3CBC結(jié)構(gòu)。

“力箭二號(hào)”芯一級(jí)模塊主動(dòng)力配備3臺(tái)YF-102液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，采用燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)，支持泵前雙向搖擺（±6°），海平面推力835千牛（約85噸），海平面比沖不小于275秒，燃燒室壓力8.5兆帕，推重比不小于130。芯二級(jí)主動(dòng)力采用1臺(tái)YF-102V液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)即YF-102真空版，支持雙向搖擺（±5°），真空推力710千牛（約72噸），真空比沖330秒，可支持55%~100%深度推力調(diào)節(jié)，可重復(fù)啟動(dòng)2次，推重比90。

“力箭二號(hào)”示意圖

“力箭二號(hào)”整箭高52米，箭體直徑3.35米，配備外部直徑4.2米、長(zhǎng)度12.19米的全碳纖維復(fù)合材料輕質(zhì)整流罩，起飛質(zhì)量625噸，起飛推力766噸，近地軌道（LEO）運(yùn)力12噸，500千米太陽(yáng)同步軌道（SSO）運(yùn)力8噸。

“力箭二號(hào)”設(shè)計(jì)目標(biāo)為部分可重復(fù)使用運(yùn)載火箭，其三芯并聯(lián)的起飛級(jí)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)集束回收，在芯一級(jí)第一和第三象限、左側(cè)（芯一級(jí)第二象限）助推器第二象限、右側(cè)（芯一級(jí)第四象限）助推器的第四象限各分布一個(gè)著陸腿，起飛級(jí)組合體支持回收復(fù)用20次以上。

“力擎二號(hào)”

當(dāng)前，配備YF-102發(fā)動(dòng)機(jī)的“力箭二號(hào)”依然為不可回收型號(hào)，要實(shí)現(xiàn)回收復(fù)用目標(biāo)需要將一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)換成中科宇航在研的“力擎二號(hào)”液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，后者采用燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)，支持泵后雙向搖擺，地面推力110噸，支持50%～100%深度變推力，起動(dòng)次數(shù)3次。根據(jù)此前計(jì)劃，“力箭二號(hào)”可回收型號(hào)將于2028年實(shí)現(xiàn)首次回收。屆時(shí)，該箭有望成為世界第一型實(shí)現(xiàn)集束回收的可復(fù)用運(yùn)載火箭。

基于成熟技術(shù)形成的即戰(zhàn)力

對(duì)于可復(fù)用運(yùn)載火箭來(lái)說(shuō)，最優(yōu)的構(gòu)型是單芯級(jí)構(gòu)型，運(yùn)載效率最高、回收復(fù)用最便捷，但是迄今僅有太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的“獵鷹九號(hào)”實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用發(fā)射及回收復(fù)用，可見(jiàn)單芯級(jí)可復(fù)用火箭研制難度較大、所需的技術(shù)積累較深。與此同時(shí)，相較于液氧煤油動(dòng)力，液氧甲烷動(dòng)力在結(jié)焦、積炭方面存在優(yōu)勢(shì)，使其成為可復(fù)用火箭主動(dòng)力系統(tǒng)的更優(yōu)選擇，但是液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)被選作火箭主動(dòng)力的時(shí)間較短，同時(shí)雙低溫發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度更大，迄今未有液氧甲烷運(yùn)載火箭在入軌發(fā)射中實(shí)現(xiàn)回收復(fù)用。

相較于中國(guó)其它幾家頭部商業(yè)火箭公司，中科宇航研制可復(fù)用運(yùn)載火箭的時(shí)間較晚，其第一型可復(fù)用運(yùn)載火箭“力箭二號(hào)”的研制周期僅有2年時(shí)間，要在這么短的時(shí)間里打造一款目標(biāo)實(shí)現(xiàn)回收復(fù)用的中型液體運(yùn)載火箭，較優(yōu)的選擇是基于成熟技術(shù)進(jìn)行研制，分步實(shí)現(xiàn)回收復(fù)用的目標(biāo)。

“力箭二號(hào)”廠房生產(chǎn)實(shí)景

成熟技術(shù)之一：直徑3.35米箭體。自“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭鼻祖“東風(fēng)五號(hào)”洲際彈道導(dǎo)彈開(kāi)始，中國(guó)液體洲際彈道導(dǎo)彈就采用了直徑3.35米彈體，其后直徑3.35米箭體就成為了“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭芯級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格產(chǎn)品，并沿用至今，相應(yīng)箭體生產(chǎn)技術(shù)成熟、生產(chǎn)規(guī)模較大、生產(chǎn)成本較低。而對(duì)于商業(yè)火箭而言，直徑3.35米箭體雖然不是最優(yōu)選擇，但卻是可以快速大規(guī)模獲取的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格產(chǎn)品，可以快速投入使用。

“力擎二號(hào)”示意圖

成熟技術(shù)之二：液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。自新一代“長(zhǎng)征”火箭開(kāi)始，中國(guó)液體運(yùn)載火箭使用液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)作為主發(fā)動(dòng)機(jī)，誕生了以YF-100系列、YF-115系列為代表的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)過(guò)77發(fā)新一代“長(zhǎng)征”火箭的飛行實(shí)踐，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為中國(guó)較為成熟的火箭動(dòng)力技術(shù)，技術(shù)儲(chǔ)備較為充足、人才隊(duì)伍規(guī)模較大，為新型可復(fù)用液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的研制提供了很好的技術(shù)基礎(chǔ)，距離目標(biāo)更近、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)更快。

已有方案：運(yùn)載火箭集束回收方案。在“力箭二號(hào)”之前，就有“長(zhǎng)征八號(hào)R”可復(fù)用火箭方案采用集束回收，也是芯級(jí)捆綁兩枚助推器，區(qū)別在于前者將兩枚直徑2.25米助推器換成了直徑3.35米的芯一級(jí)模塊助推器。就此而言，“力箭二號(hào)”是“長(zhǎng)征八號(hào)R”回收方案的繼承型號(hào)和優(yōu)化型號(hào)，通過(guò)提升火箭起飛量級(jí)和運(yùn)載能力，增強(qiáng)火箭回收復(fù)用的實(shí)用價(jià)值。與此同時(shí)，“長(zhǎng)征七號(hào)甲”火箭也已經(jīng)在實(shí)際發(fā)射任務(wù)中驗(yàn)證了4枚助推器和芯一級(jí)組合體與芯二級(jí)集束分離的方案。這些都構(gòu)成了“力箭二號(hào)”采用集束回收方案的基礎(chǔ)。

目前，世界航天已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模開(kāi)發(fā)環(huán)繞地球軌道資源特別是近地軌道資源的階段，面對(duì)大規(guī)模星座組網(wǎng)發(fā)射需求，“力箭二號(hào)”要成為星座組網(wǎng)發(fā)射的即戰(zhàn)力，最優(yōu)的選擇是基于現(xiàn)有成熟技術(shù)加一部分新研技術(shù)，以快速形成一型具備較大運(yùn)力的運(yùn)載火箭。與此同時(shí)，基于成熟技術(shù)打造的運(yùn)載火箭擁有更高的可靠性，這構(gòu)成“高頻次”連續(xù)穩(wěn)定發(fā)射的前提。

自建發(fā)射工位及總測(cè)廠房支持高頻次發(fā)射

面對(duì)商業(yè)航天發(fā)射需求，中國(guó)已經(jīng)規(guī)劃了海南文昌商業(yè)航天發(fā)射場(chǎng)、海陽(yáng)東方航天港等發(fā)射場(chǎng)作為商業(yè)火箭發(fā)射基地，但是僅僅依靠通用工位，發(fā)射頻次是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。以海南商發(fā)2號(hào)工位為例，其設(shè)計(jì)支持16次/年的發(fā)射頻率，但是其可以支持10多個(gè)火箭型號(hào)發(fā)射，顯然，對(duì)于商業(yè)火箭而言現(xiàn)有通用工位只能作為備份之用。

“力箭二號(hào)”位于東風(fēng)商業(yè)航天創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)的發(fā)射工位

為了支持商業(yè)航天所需的“高頻次”發(fā)射，中科宇航在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心東風(fēng)商業(yè)航天創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)為“力箭二號(hào)”火箭建設(shè)了專(zhuān)用發(fā)射工位及總裝測(cè)試廠房。“力箭二號(hào)”專(zhuān)用工位可支持該箭在“三平”測(cè)發(fā)模式下實(shí)施密集發(fā)射。“力箭”火箭總裝測(cè)試廠房全面覆蓋火箭總裝測(cè)試、衛(wèi)星總裝測(cè)試、火箭批量存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程測(cè)試、動(dòng)力輔助等核心功能，主要用于完成火箭和衛(wèi)星出廠進(jìn)入發(fā)射場(chǎng)后的貯存、總裝測(cè)試、星箭對(duì)接、整體轉(zhuǎn)運(yùn)等射前準(zhǔn)備工作。此外，廠房可實(shí)現(xiàn)“發(fā)射一發(fā)，備份一發(fā)”的滾動(dòng)備份發(fā)射模式。

依托“力箭”火箭總裝測(cè)試廠房以及“力箭二號(hào)”專(zhuān)用發(fā)射工位，中科宇航全面構(gòu)建了自主可控的商業(yè)航天發(fā)射體系，可支持實(shí)現(xiàn)商業(yè)航天所需的“高頻次”發(fā)射。

五芯并聯(lián)大箭“力箭二號(hào)重型”

在中國(guó)規(guī)劃發(fā)展的可復(fù)用火箭當(dāng)中，“力箭二號(hào)”基本型是為數(shù)不多的中型運(yùn)載火箭，在面對(duì)衛(wèi)星星座小型衛(wèi)星批量組網(wǎng)發(fā)射時(shí)，單發(fā)火箭還能提供較大批量組網(wǎng)發(fā)射服務(wù)，而在面對(duì)“星網(wǎng)”等噸級(jí)星座衛(wèi)星批量組網(wǎng)發(fā)射時(shí)，就需要運(yùn)力更強(qiáng)大的型號(hào)，比如“力箭二號(hào)重型”。

與俄羅斯“安加拉”系列運(yùn)載火箭相似，“力箭二號(hào)”系列通過(guò)調(diào)整芯級(jí)助推的數(shù)量，可以形成不同運(yùn)力的型號(hào)。在“力箭二號(hào)”基本型三芯并聯(lián)（3CBC）基礎(chǔ)上增加兩枚芯級(jí)助推器，形成五芯并聯(lián)（5CBC）的大型火箭“力箭二號(hào)重型”，并對(duì)五芯并聯(lián)的起飛級(jí)進(jìn)行集束回收、復(fù)用，可重復(fù)使用超過(guò)20次。

“力箭二號(hào)重型”示意圖

“力箭二號(hào)重型”整箭高57米，起飛質(zhì)量1021噸，可選配外部直徑4.2米和直徑5.2米整流罩，近地軌道（LEO）運(yùn)力22噸，500千米太陽(yáng)同步軌道（SSO）運(yùn)力15噸。從運(yùn)力來(lái)說(shuō)，“力箭二號(hào)重型”與在研的“天龍三號(hào)”和“朱雀三號(hào)”處于同一水平，擁有20噸級(jí)的“大運(yùn)力”，將成為“星網(wǎng)”（中國(guó)星網(wǎng)星座/衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座）大規(guī)模組網(wǎng)發(fā)射的主力箭型。

中科宇航位于酒泉的總裝測(cè)試廠房

與此同時(shí)，中科宇航通過(guò)全面構(gòu)建包括發(fā)射場(chǎng)總裝測(cè)試廠房、發(fā)射工位在內(nèi)的商業(yè)航天發(fā)射體系，將支持“力箭二號(hào)重型”實(shí)現(xiàn)每年60次的“高頻次”發(fā)射。而通過(guò)多次回收復(fù)用，“力箭二號(hào)重型”將真正實(shí)現(xiàn)“低成本”發(fā)射。憑借“大運(yùn)力、高頻次、低成本”的特點(diǎn)，“力箭二號(hào)重型”將進(jìn)入中國(guó)商業(yè)航天大型可重復(fù)使用運(yùn)載火箭主賽道，成為中國(guó)構(gòu)建空天信息網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)裝備。

總體而言，為了形成星座組網(wǎng)的即戰(zhàn)力，中科宇航在研制“力箭二號(hào)”方面也是做出取舍的，基于成熟技術(shù)能夠快速研制出具備高可靠性特點(diǎn)的運(yùn)載火箭，但是卻犧牲了運(yùn)載效率。“力箭二號(hào)”擁有大型火箭的體量，卻只有中型火箭的運(yùn)力，主要原因之一在于其沿用了直徑3.35米箭體，使得箭體空間利用效率受限、結(jié)構(gòu)系數(shù)偏高，芯一級(jí)模塊能安裝的主發(fā)動(dòng)機(jī)更少，而如果采用直徑3.8米箭體，就能并聯(lián)安裝更多的主發(fā)動(dòng)機(jī)，這無(wú)疑將帶來(lái)運(yùn)力的大幅提升。

雖然，“力箭二號(hào)”系列運(yùn)載火箭的研制采用的并非最優(yōu)方案，但是商業(yè)火箭的競(jìng)爭(zhēng)還是綜合實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)。中科宇航是有著濃厚國(guó)家隊(duì)背景的商業(yè)航天企業(yè)，這家中科院系的企業(yè)曾長(zhǎng)期被歸類(lèi)為商業(yè)航天國(guó)家隊(duì)，這會(huì)使其成為國(guó)家航天發(fā)射項(xiàng)目的優(yōu)先選擇之一。在研制過(guò)程中，“力箭二號(hào)”就已成為空間站“輕舟”貨運(yùn)飛船專(zhuān)屬發(fā)射火箭，與此同時(shí)，距離首飛更遠(yuǎn)的“力箭二號(hào)重型”已經(jīng)被選定為“星網(wǎng)”發(fā)射的主力箭型之一。顯而易見(jiàn)，“自帶資源”的“力箭二號(hào)”系列火箭的發(fā)射訂單將是有保障的。

按計(jì)劃，“力箭二號(hào)”火箭將于2025年第四季度首飛，中國(guó)巨型衛(wèi)星星座組網(wǎng)將迎來(lái)迫切需求的即戰(zhàn)力，一型運(yùn)力較大、可靠性較高的中型液體運(yùn)載火箭。此后，“力箭二號(hào)”將通過(guò)換裝可復(fù)用發(fā)動(dòng)機(jī)逐步實(shí)現(xiàn)回收復(fù)用，并擴(kuò)展運(yùn)力更大的型號(hào)“力箭二號(hào)重型”，最終實(shí)現(xiàn)以星座組網(wǎng)需求為代表的商業(yè)航天所需的“大運(yùn)力、高頻次、低成本”運(yùn)載火箭發(fā)射服務(wù)。

作者：木蘭星舟