三年磨一箭對標美國Space X
編者按:
從「東方紅一號」成功發射,到神舟逐夢、嫦娥探月、天問問天、太空建站、登陸月球……中國航天從無到有,由弱到強,每一刻都令人心潮澎湃。中央經濟工作會議提出打造商業航天等若干戰略性新興產業,「商業航天」今年首次被寫入政府工作報告……當前,商業航天作為「新增長引擎」方興未艾,正孕育新質生產力。數據顯示,2023年中國商業運載火箭的發射次數和成功率顯著提升,共實施發射13次,比2022年的5次同比增長160%。
今年1月11日,一枚「呆萌」的火箭在山東海陽附近海域發射升空。這枚由東方空間(山東)科技有限公司打造的中型火箭「引力一號」,為海陽東方航天港寫下海上發射「九發九捷」佳績,中國海上發射和固體運載火箭技術再上新台階。專家表示,商業航天可推動建設「空天地一體化」網絡布局,帶動新一代的信息技術、高端製造、新能源和新材料等高精尖產業發展。
慧眼識海陽、磨劍鑄「引力」。在中國航天日來臨之際,大公報記者專訪「引力一號」發射背後的關鍵人物,為讀者娓娓道來中國航天人奮戰海上發射的故事。
「30秒……20秒……」2024年1月11日13時30分,停泊在山東海陽近海的中國東方航天港號發射船上,火光閃起,煙霧升騰,全球現役最大固體火箭「引力一號」從中發射升空,幾秒後,巨大轟鳴聲衝至約3公里外的連理島。約2分鐘後,助推器分離成功,「引力一號」跨過了捆綁式固體火箭發射的重大技術難關。約10分鐘後,星箭分離,雲遙一號18-20星共3顆衛星成功進入預定軌道,「引力一號」留下的白色煙雲,在強風吹拂下扭成心形,數陣歡呼,東方空間積蓄三年的成果,終於宣告成功。在這成功發射的背後是一群青年「夢想家」的冒險與極限測試,朝追趕美國Space X的目標繼續疾馳。\大公報記者 丁春麗
「一切都是最好的安排,不斷創造歷史!」在「引力一號」發射成功的當天,東方空間聯合創始人、聯席CEO、「引力一號」總設計師兼總指揮布向偉更新了朋友圈。
指針回撥到2020年,中國商業航天投資進入高峰期。對於布向偉來說,挑大樑從無到有研發新型號火箭並不是第一次。他2010年參加工作,一直在「國家隊工作」參與長征十一號的研發,並最終將其一箭七星成功送至預定軌道。2020年中,布向偉及老搭檔東方空間聯合創始人、首席運營官魏凱等判斷中國商業航天尤其是衛星發射在未來十年內一定是井噴期,於是便開啟了創業之路。
「彎道超車」 瞄準大運力火箭
「第一筆融資來自煙台國豐集團和海陽市投資的5000萬元(人民幣,下同),相當於種子輪融資。」投資敲定很快,解決了啟動資金的難題。由於東方空間定位為運載火箭和新型空天運輸工具設計製造公司,其要打造的高效發射體系與東方航天港的發展理念相脗合。「正是有了東方航天港的共振,我們的商業航天夢想才在此生根發芽、開花結果。」每念及此,布向偉都難掩激動。
創業初期,團隊首先遇到的是產品定義問題。三年磨一「箭」,對於有着成熟技術的成熟團隊來說或許三年時間足夠發射一枚火箭,但對於創業公司東方空間來說,如何讓首發火箭型號就跳脫出商業競爭「紅海」,在行業中做到後發先至,意味着公司在成立之初就必須定好勇闖無人之境的戰略定位。
東方空間果斷放棄了競爭激烈的中小型火箭市場,決定選擇用固體燃料技術,研發一型大幅超過其他商業火箭運載能力的型號,綜合考慮單顆衛星重量和一次發射部署衛星的數量需求,最終火箭運載能力被定位在4噸以上。布向偉表示,「用戶要的是安全低價地將衛星送至預定軌道。所以我們決定選擇用相對成熟的固體技術做出一型大運載量的火箭,比當前市面上所有火箭運載能力都強出一大截的型號。」魏凱認為,商業航天必然是「運力為王」,「大載荷,低成本,高頻次」定位的東方空間將有效滿足市場痛點。
用了將近一年的時間,布向偉才讓市場認可其商業理念,東方空間也從最初的三四個人增加到三十多人。直到2021年6月,東方空間才進入「引力一號」方案的快速設計進程。「邊設計邊生產邊招人,邊試驗邊改進。」布向偉說,只能通過這種不斷迭代的方式來保證火箭進度的實現。當東方空間陸續拿出了試驗和產品,航天優秀人才也陸續投奔而來。
可實現百公斤級「一箭30星」發射
研製團隊想方設法提高搭載效能,在「引力一號」頂部配備了直徑4.2米、高9.3米的整流罩,其直徑幾乎與發射中國空間站天舟貨運飛船的長征七號火箭整流罩直徑相當,可以容納更多數量、更大體積的衛星。此外,該火箭整流罩內還有一件重達3噸的配重──東方空間自主研製的低成本貨運飛船本體結構,充分驗證了其運載能力。據測算,「引力一號」可實現百公斤級衛星「一箭30星」發射。
細觀「引力一號」,它是個下寬上細,看着有些「矮胖」的白色柱體。而這一特色形體,與其固體芯級上捆綁4個固體助推器直接相關,這種「固─固」捆綁的設計,也屬國內首型。「我們做構型論證的時候,首先考慮的是要搞海射,要搞運力比較大的火箭。按照中國現有固體發動機的情況,固體捆綁是必須採用的方案。」「引力一號」總體副總師黃帥解釋道。
多捆綁了4個助推器,設計複雜度、專業耦合度更高,對系統協同能力的要求也更高:由於助推分離高度低,火箭飛行過程中會受到更嚴酷的氣動影響,需要氣動、載荷、控制、分離等專業深度耦合設計;此外,不同發動機工作不同步,在幾百毫秒的分離過程中控制力和全箭參數劇烈變化,也給穩定控制以及可靠分離帶來巨大挑戰。「我們花了兩年多時間,才把這個難題攻克掉。」東方空間聯合創始人、聯席CEO姚頌說。
2023年7月,東方空間連續開展了兩次助推器分離試驗,這是「引力一號」一個關鍵的技術攻關驗證試驗。魏凱坦言,「要知道,以往這樣的試驗周期至少需要半年,而我們20多人的小團隊,不斷『擠海綿裏的水』,趕時間、趕進度,在一個半月的時間內完成了試驗。」
「引力二號」最快明年底具首飛能力
從2021年3月立項到2024年1月首飛,「引力一號」的成功僅僅用了不足三年時間。平均年齡35歲的約百人研製團隊,攻克了4大關鍵技術群、17項關鍵技術,開展了23項大型地面試驗、489項單項試驗、1452次試驗迭代。「快節奏的研製過程中,大家經常探討得比較激烈,不留情面。有時拍桌子,甚至好幾天互不理睬。」布向偉笑着說,魏凱是拍桌子最多的人,因為需要不停去抓進度,保證生產,所以平時唱「黑臉」居多。「屠龍封鞘非我願,嘗膽三千鑄倚天。」談到此,魏凱感嘆,「每每想起大家的努力與付出總讓我眼含淚水。」
4月23日,東方空間發布「引力二號」可回收中大型運載火箭,具「回收+高軌+極致性價比」等特點,料明年年底具備首飛能力。「希望花10年的時間,讓發射成本降低到Space X的水平,把發射能力提升到Space X當前的水平。這就是我們要繼續完成的事情。」姚頌說。