商業(yè)火箭，進入“大運力時代”

3月30日19時00分，中科宇航力箭二號遙一運載火箭，在東風(fēng)商業(yè)航天創(chuàng)新試驗區(qū)成功發(fā)射，將新征程01衛(wèi)星、新征程02衛(wèi)星和天視衛(wèi)星01星精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得成功。

作為中國首款“通用助推器核心”構(gòu)型的運載火箭，力箭二號以大運力、低成本、高頻次為研制目標(biāo)，也是中科宇航旗下的首款液體火箭。

“目前力箭二號運載火箭不回收狀態(tài)下的單次發(fā)射成本，與SpaceX獵鷹九號運載火箭回收狀態(tài)下的單次發(fā)射成本，基本相當(dāng)。力箭二號后續(xù)實現(xiàn)回收后，成本還有望下降至SpaceX的一半。”力箭二號總指揮楊浩亮表示，下一步，中科宇航將通過力鴻系列飛行器先行驗證回收技術(shù)，積累回收數(shù)據(jù)、降低研制風(fēng)險，再將回收技術(shù)遷移至中大型運載火箭上，實現(xiàn)入軌級大運力火箭回收的目標(biāo)。

用“拼積木”的方式造火箭

作為中科宇航的首款液體運載火箭，力箭二號的通用芯級直徑3.35米，首飛狀態(tài)整流罩直徑4.2米，總長53米，起飛重量625噸，起飛推力753噸，500公里太陽同步軌道運載能力8噸。

之所以能實現(xiàn)如此大的運載能力，主要是力箭二號采用了CBC構(gòu)型應(yīng)用技術(shù)。

具體而言，力箭二號將火箭各主要部分設(shè)計為獨立模塊，實現(xiàn)了不同模塊的復(fù)用與靈活組合。

之后，通過相同模塊拼積木多樣組合的形式，力箭二號可實現(xiàn)支持0/2/4個捆綁構(gòu)型，即光桿或捆綁2/4個液體助推器的靈活配置，覆蓋近地軌道2噸至20噸運力區(qū)間，形成千噸級運載火箭，實現(xiàn)大運力需求。

“力箭二號運載火箭上安裝了一個型號的十臺液體火箭發(fā)動機，其中，一級裝了九臺、二級裝了一臺，一級九臺可以完全互換，二級一臺只是在一級發(fā)動機上換裝的大噴管，讓其在高空工作效率更高。”力箭二號副總師廉潔表示，力箭二號運載火箭各子級的直徑都是3.35m，其中，芯一級和助推器采用相同的3.35m構(gòu)型，貯箱、箱間段等各部段設(shè)計相似，能夠在滾動備份的情況下實現(xiàn)互換互用。

此外，力箭二號運載火箭的航電與飛控系統(tǒng)都是力箭一號運載火箭成熟產(chǎn)品的繼承，飛行控制組合、時序控制組合等在產(chǎn)品或指標(biāo)上實現(xiàn)了一致互通，基礎(chǔ)層、鏈路層、應(yīng)用層的三層構(gòu)架軟件實現(xiàn)了移植復(fù)用，原本一個月左右的電測時間縮短到了一周以內(nèi)。

廉潔稱，這樣的開發(fā)方式，做到了設(shè)計共用、模塊共用、試驗共用、供應(yīng)鏈與生產(chǎn)線共用、總裝廠房共用、技術(shù)區(qū)廠房共用、發(fā)射工位共用，以此縮短火箭研制周期，降低火箭研制成本。

可重復(fù)使用的重要路徑：集束式回收

液體火箭發(fā)射成功只是第一步，下一步力箭二號的目標(biāo)則是實現(xiàn)商業(yè)火箭的可重復(fù)使用。

作為中國未來大規(guī)模星座組網(wǎng)和低成本貨運任務(wù)的主力運載火箭，力箭二號滿足低軌通信衛(wèi)星星座組網(wǎng)、低成本空間站貨運、中高軌衛(wèi)星等發(fā)射與深空探測需求。

為此，中科宇航的可重復(fù)使用系列火箭將采用集束式回收，通過集成捆綁的方式，減少了傳統(tǒng)火箭所需的復(fù)雜分離機構(gòu)和接口數(shù)量，從而降低了整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，為降低發(fā)射成本開辟新路徑。

“力箭二號運載火箭，后續(xù)將換裝公司自研的力擎二號可重復(fù)使用發(fā)動機。”廉潔表示，在力箭二號的一子級增加兩個助推器形成力箭二號重型火箭，兩型火箭采用的通用芯級捆綁集束式回收方案，具有氣動操縱性更好、著陸沖擊更低、動力冗余能力更強、運載能力損失更少等技術(shù)優(yōu)勢。

同時，一子級多捆綁模塊全部回收的設(shè)計，使回收部分在全箭占比更高，返回用設(shè)備進一步精簡，更高效地攤薄全箭發(fā)射成本，為規(guī)模化星座部署提供更強支撐。借鑒汽車自動化產(chǎn)線與模塊化開發(fā)邏輯，力箭二號運載火箭可實現(xiàn)年產(chǎn)20發(fā)的生產(chǎn)能力。

而在發(fā)射流程上，“一站式便捷發(fā)射體系”為力箭二號運載火箭未來實現(xiàn)高密度發(fā)射提供支撐。

中科宇航建設(shè)的國內(nèi)首個固體與液體火箭共用、星箭兼用的綜合性廠房，實現(xiàn)了火箭“出廠即發(fā)射”，縮短了火箭整體總裝與測發(fā)周期，可滿足不同軌道和載荷組合的多元化發(fā)射需求。此外，中科宇航位于紹興柯橋的力箭二號大型液體運載火箭超級工廠即將竣工并投入使用，主要用于液體火箭總裝測試、結(jié)構(gòu)艙段產(chǎn)品檢測與生產(chǎn)等。該工廠具備年產(chǎn)12發(fā)液體火箭的生產(chǎn)制造能力。

“當(dāng)前，全球衛(wèi)星組網(wǎng)熱潮涌動，但運載火箭運載能力不足、發(fā)射周期長、成本高的問題成為行業(yè)發(fā)展瓶頸。火箭可回收技術(shù)是降低發(fā)射成本的關(guān)鍵路徑，需持續(xù)攻克大空域?qū)捤儆驓鈩訜岱雷o、非線性約束條件實時在線制導(dǎo)、液體動力深度變推及多次起動等核心難點。”力箭二號總指揮楊浩亮表示，目前，中科宇航已經(jīng)通過力鴻一號首飛完整驗證了再入大氣層減速回收、箭體精確落點控制等核心技術(shù)，并計劃于今年進行力鴻二號百公里級的回收試驗。（文 | 科技潛線，作者 | 饒翔宇 編輯 | 蓋虹達(dá)）