回顧2023年商業(yè)航天領域的大事件,美國太空探索技術公司SpaceX星艦無疑是全世界流量焦點。這不奇怪,星艦作為商業(yè)重型運載火箭,巨大的串聯(lián)式箭體本身就足夠“吸睛”,這樣的設計目的很明確,達成大推力、大運載的星際航行目標。而觀察世界各航天大國的中大型火箭,目前的主流則是選擇采用捆綁型技術,以此滿足高可靠、大運載的太空運力需求,如德爾塔、長征五號等。

事實上,在商業(yè)航天領域SpaceX同樣也以捆綁式火箭執(zhí)行面向中低軌道上的高載荷發(fā)射任務,比如其打造的獵鷹9號重型版。而在中國的商業(yè)航天領域,同樣也誕生了中大型捆綁火箭,這就是東方空間的引力一號運載火箭。相比于其他捆綁火箭不同的是,引力一號采用固體捆綁、海上發(fā)射的技術路線,以滿足高可靠、低成本、大載荷的中低軌道衛(wèi)星組網(wǎng)需求。那么,引力一號技術路線背后有著怎樣的現(xiàn)實考量呢?

捆綁技術,商業(yè)航天運力“倍增器”

早在100多年前,航天之父前蘇聯(lián)科學家齊奧爾科夫斯基提出了“火箭列車”概念,把兩節(jié)以上火箭串聯(lián)或并聯(lián)起來,組成一列多級火箭提高第一宇宙速度,從而戰(zhàn)勝地球引力,串聯(lián)式和捆綁式火箭就是這一概念的技術延伸。

相比于串聯(lián)式火箭,捆綁式火箭具有一定的技術難度,但優(yōu)點也比較明顯。難度在于,火箭在飛行中級間分離的安全可靠性,特別是不能因助推器分離,而影響芯級火箭的工作和飛行姿態(tài);此外,捆綁式火箭一般采用側(cè)向分離,相對串聯(lián)式火箭的縱向分離,技術復雜性也較高。而優(yōu)勢在于,明顯縮短整個火箭的長度,避免給結構制造和飛行帶來必要的影響,并可適應陸海兩種發(fā)射狀態(tài);更重要的,捆綁助推器能同時產(chǎn)生更大的推力,實現(xiàn)更大載荷飛行任務,有效提升經(jīng)濟性,目前國內(nèi)運載能力達到10噸以上的火箭均為捆綁火箭。事實上,未來火箭能力大幅升只有兩條路,一是提高發(fā)動機推力和性能,另外就是捆綁并聯(lián)更多模塊,因此火箭捆綁技術是研制更大運載能力火箭的關鍵技術,據(jù)了解,東方空間除引力一號外,也同期開展中大型火箭研制工作,將可以形成技術積累,為未來打造具有更高運載能力的重型火箭,打下堅實的基礎。

除了捆綁構型,東方空間引力一號采用固體燃料推進技術,核心出發(fā)點就是尋求大載荷與經(jīng)濟性實現(xiàn)兼容,滿足大運力、低成本、快發(fā)射的商業(yè)航天需求。據(jù)了解,由于燃料特性,固體火箭需要的零件數(shù)量更少、更加輕小,因此更具可靠性,且不需要發(fā)射前加注燃料從而極大的縮短了火箭發(fā)射準備周期,具備快速響應發(fā)射的特點。目前,固體火箭已經(jīng)成為了國際上中、大型運載火箭助推器的重要選擇,比如我國長征六號改、美國航天飛機及新一代登月火箭SLS、歐洲阿里安5/6等型號都使用了固體助推器。

國內(nèi)外固體運載火箭的運載能力目前主要集中在300-500公斤、1噸、2噸左右量級,東方空間引力一號通過并聯(lián)捆綁技術,創(chuàng)新突破了固體運載火箭大運力的瓶頸,達到6.5噸的近地軌道運載能力,并為中型運載火箭的快速應急發(fā)射的實現(xiàn)提供了解決方案,后續(xù)可以應用在應急衛(wèi)星組網(wǎng)、空間站應急運輸方面。

海上發(fā)射,推進商業(yè)航天發(fā)展的重要“平臺”

東方空間引力一號的另一大特色是在海上發(fā)射首飛,這相比陸上發(fā)射技術難度更上一個臺階。中國在2008年就開始了海上發(fā)射技術的研究,在2019年使用“長征11號”運載火箭從黃海海域進行了國內(nèi)首次海上發(fā)射,當年的發(fā)射成功將中國與美國、俄羅斯、歐洲并列為世界上能夠?qū)崿F(xiàn)海上發(fā)射的四大航天強國。

海上發(fā)射之所以受重視,是因為相比于陸地發(fā)射,在商業(yè)航天發(fā)射領域具有諸多優(yōu)勢。海上發(fā)射可以根據(jù)衛(wèi)星軌道和氣象條件靈活挑選發(fā)射地點和時間,提高發(fā)射效率;避免陸地發(fā)射場的限制和干擾,減少對環(huán)境和人口密集區(qū)的影響;增加火箭的有效載荷和軌道傾角范疇,擴大衛(wèi)星應用領域;不受內(nèi)陸鐵路等運輸條件限制,大尺寸結構件可海運;此外,國際化運營潛力大,使我國運載火箭逐步具備實施全球海域發(fā)射能力,使國際發(fā)射服務不再局限于國內(nèi)發(fā)射場,為開展“上門服務”、“合作發(fā)射”等新合作模式提供技術基礎;同時,運載火箭海上發(fā)射采用的發(fā)射平臺及保障船均可與民用資源有效結合,打造更具有優(yōu)勢的全流程使用成本。

突破海上發(fā)射技術,可以說為中國商業(yè)航天實現(xiàn)“發(fā)射航班化”、“任務定制化”提供了更多可能。引力一號了實現(xiàn)我國中型捆綁運載火箭的機動發(fā)射,進一步提升我國海上發(fā)射技術水平和能力,擴充了我國中型運載火箭海上機動發(fā)射能力。

中國的商業(yè)航天之路任重道遠,需要更多更實用的技術方案,更腳踏實地的科學精神、以及未雨綢繆的商業(yè)判斷,才能實現(xiàn)更為長效、可持續(xù)的發(fā)展,真正筑就“堅如磐石”的航天強國事業(yè)。