产业一线｜像搭积木一样造火箭，如何将发射成本打下来？
中新经纬3月30日电 (魏薇 罗琨)3月30日19时00分，中科宇航力箭二号遥一运载火箭・国际纺都号(下称力箭二号)在甘肃酒泉东风商业航天创新试验区首飞成功，将新征程01卫星、新征程02卫星和天视卫星01星送入预定轨道。
力箭二号发射前，中新经纬走访了中科宇航位于甘肃酒泉的专有发射工位和技术厂房。彼时在现场，中新经纬看到，工作人员正在对火箭进行加注合练，为火箭发射前的最后一次“全身体检”做准备。
从力箭一号135吨固体火箭到力箭二号625吨液体火箭，中科宇航的力箭系列火箭完成跨越式迭代。这款瞄准批量化发射的液体火箭，是如何将原来每型火箭5到10年的研制周期大幅缩短的？是否能将火箭的发射价格打下来？
中科宇航研制的力箭二号火箭 中新经纬 魏薇摄
625吨液体火箭要突破哪些难题？
公开资料显示，中科宇航全称中科宇航技术股份有限公司，成立于2018年12月，是由中国科学院力学研究所培育孵化的高新技术企业。
本次发射的力箭二号火箭是一款液体运载火箭，起飞重量625吨，起飞推力达753吨，近地轨道(LEO)运载能力达12吨，500公里太阳同步轨道(SSO)运载能力达8吨，全长53米，芯级直径3.35米。运载能力在中国液体火箭中属于第一梯队，首飞即服务国家重大航天工程，已具备支撑通信卫星互联网组网、低成本货物运输等大规模发射任务的能力。
“本次首发的力箭二号是在力箭一号的基础上研制的。”力箭二号副总设计师廉洁对中新经纬表示，力箭二号运载火箭的航电与飞控系统都是力箭一号运载火箭成熟产品的继承，飞行控制组合、时序控制组合等在产品或指标上实现了一致互通，基础层、链路层、应用层的三层构架软件实现了移植复用，原本一个月左右的电测时间缩短到了一周以内，大大降低了测试周期与测试成本。
力箭二号副总设计师廉洁 中新经纬 魏薇摄
从固体火箭到中大型液体火箭，要突破诸多技术难关。“为实现8到12吨的运载能力，团队迭代了400多个技术路径。”廉洁回忆道，力箭二号CBC火箭构型、推进剂加注量等核心参数，是设计师们经过无数个夜晚、通过一次一次计算出来的。
研制过程中的挑战接踵而至，首先面对的就是环境考验。中新经纬走访当日，酒泉当地室外温度在零下15摄氏度左右，现场工作人员尽管都身着羽绒服，但脸已冻得通红，仍然在寒风中调试设备。
全箭模态试验则是另一场“硬仗”。“火箭在飞行当中类似一根扁担，在空中不停颤动，它的颤抖会带来很大的控制问题。”廉洁解释道。
他表示，团队通过模态试验，敲击火箭不同点位，使火箭在垂直过程当中提供相应的自由边界，来验证“扁担效应”对火箭控制系统影响程度。“整个试验周期比较长，大家在厂房里连续工作了几个月时间，终于把火箭测得很稳。”
像搭积木一样造火箭
发射成本是摆在商业航天面前的第一道门槛，更是决定行业规模化发展与市场竞争力的关键。
廉洁称，为了更好地控制成本，力箭二号采用了通用化、组合化、模块化设计，是国内首款“通用助推器核心”(CBC)构型的运载火箭，芯一级和助推器均采用3.35米直径，这也是目前中国火箭产业链的常用直径。
通用化、模块化设计带来哪些好处？廉洁表示，这意味着在发射场或者总装厂遇到相关产品出现问题时，可以实现快速替换、复用。“首先它能缩短相应的发射周期，比如马上要承担运输相关任务，但产品在测试时有问题，就可以通过滚动备份实现互换互用，火箭可以在短时间内实现高频次的发射。”廉洁还提到，火箭可以像搭积木一样去组装，可以加快火箭制造的速度。
“我们计划持续优化火箭重复使用模式，逐步将火箭回收比例提升至60%，这样就能实现发射成本的大幅下降。火箭动力占整个火箭成本的75%，一旦实现助推器的回收复用，火箭的发射价格有望降至当前的三分之一，甚至更低。”廉洁说。
测发流程的极简设计，进一步放大了成本优势。廉洁提到，力箭二号采用“三平”测发模式，即总装水平、测试水平、转运水平，这种模式大大降低了火箭对于发射场保障配套的要求。
“我们只需要一个简易的发射架，(这样)整个发射场的建设周期只需要一年，建设成本只需要传统发射场的10%。未来实现批量化发射后，发射场的坪效成本能快速平摊下降。正是凭借这种简易发射场与轻量化测发模式，我们实现了发射周期的大幅压缩、发射效率的显著提升，同时有效降低了整体测发成本。”廉洁说。
火箭发射频次亟待提升
高投入、高风险、长周期，注定了商业航天的发展无法一蹴而就，而力箭系列火箭的成长，背后也离不开“耐心资本”的支持。
“商业航天的发展需要一定周期，我们希望资本带着理性的眼光去看待商业航天的发展。”廉洁坦言，未来商业航天产业的发展，需要更多的资金投入，同时也需要更多的容错空间。
在廉洁看来，耐心资本的核心，首先是对技术验证的包容，航天技术的突破离不开反复试错。“马斯克的星链用了十几年、几十亿美元才实现盈利，中国的商业航天还处于较早期的发展阶段，更需要资本给予时间和容错空间。”
力箭二号总指挥杨浩亮认为，随着低轨卫星互联网星座发射需求的爆发，商业航天也会迎来新一轮发展热潮。它不仅是大国在太空上的博弈，也是经济战场的比拼，太空经济将引领下一个发展时代。
廉洁提到，中国火箭的发射频次也亟待提升。中国每年的发射次数与美国相比，大约为后者的30%到40%。目前，中国的火箭还难以高效满足大规模、高批量的发射需求，这就要求火箭的生产量、供应量能够大规模地提升上去。
“美国的商业发射已经实现了工业化、常规化，发射的任务规模和载荷量都更多，中国在这方面也亟待发力。”杨浩亮说，借鉴汽车自动化产线与模块化开发逻辑，力箭一号运载火箭可实现年产30发的生产能力，力箭二号运载火箭可实现年20发的生产能力，不仅将发射中国的货运飞船、高轨道通讯卫星等，同时也将承担中国的低轨互联网星座的建设和深空探测任务。
杨浩亮表示，中科宇航的目标是将火箭做成一款工业化的产品。随着工业化的应用，火箭批量生产滚动，规模效应会带动成本下降，火箭的价格会越来越低。
杨浩亮介绍，火箭发射成本取决于载荷的多少，如果火箭每次发射的吨位、规模足够大，火箭将来是可回收的，就能不断降低成本。目前力箭二号运载火箭不回收状态下单次发射成本与SpaceX猎鹰九号运载火箭回收状态下单次发射成本基本相当，力箭二号后续实现回收后成本还有望下降至SpaceX的一半。
除了传统的发射任务，中科宇航团队也将布局太空经济的新赛道。“随着航天技术发展，也会带动其他产业发展，比如太空制造、太空打印、星际挖矿等。”杨浩亮透露，2027年、2028年，随着中科宇航技术的不断迭代，也计划与高校、其他企业进行太空业务的拓展，比如开展太空3D打印、太空育种、失重环境下的太空制造等业务。
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责任编辑：常涛 李中元
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