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姚頌:正在追趕馬斯克的中國商業(yè)航天,又邁出了一大步
最后更新: 2024-05-09 05:39:21編者按:全球起飛推力最大固體運載火箭、世界首型全固體捆綁運載火箭、我國首個海上成功發(fā)射的捆綁構(gòu)型運載火箭……
1月11日,“引力一號”遙一商業(yè)運載火箭在山東海陽發(fā)射成功,將搭載的3顆云遙一號氣象衛(wèi)星送入預(yù)定軌道,并創(chuàng)造了多項記錄。
而“引力一號”的發(fā)射,其實只是近年來國內(nèi)商業(yè)火箭發(fā)展的里程碑之一。隨著市場需求的不斷增長,中國商業(yè)火箭的發(fā)展也邁向了新征程。
在“引力一號”發(fā)射前,東方空間聯(lián)合創(chuàng)始人、聯(lián)席CEO姚頌接受了媒體對話,針對“引力一號”的技術(shù)特點、未來商業(yè)火箭的發(fā)展前景等問題進(jìn)行了一一解答。
問:相比較去年星河動力的火箭發(fā)射,這次東方空間的發(fā)射主要聚焦、攻堅了哪些難題?
姚頌:這是我們公司的首次發(fā)射,相較于去年星河動力發(fā)射的谷神星一號,我們要解決的最大的一個難題——我們的火箭是目前中國海上發(fā)射最大的一枚。
根據(jù)可以查到的數(shù)據(jù),“谷神星一號”的起飛質(zhì)量應(yīng)該在20噸左右,而我們這次發(fā)射的火箭起飛質(zhì)量在400噸左右,所以發(fā)動機(jī)的起飛推力完全不同,谷神星一號的起飛推力在30-40噸之間,而我們則在600噸上下。
“引力一號”全身照 圖源:云上天境
因此,大家會發(fā)現(xiàn)我們這次的發(fā)射船和之前所有的發(fā)射船相比,長得都不太一樣。為了進(jìn)行這次發(fā)射,當(dāng)?shù)卣氐赝督艘粭l全新的航天發(fā)射船——東方航天港號。它的標(biāo)準(zhǔn)排水量是22000噸,和其他發(fā)射的船的主要區(qū)別在于:
第一,原來的小型火箭底下是導(dǎo)流錐,火焰噴下來順著導(dǎo)流錐向四處散開,而東方航天港號是設(shè)計了導(dǎo)流槽,火焰向下面噴射,底部會續(xù)上海水,兩側(cè)分別有兩個斜切的開口,可以將煙霧、水蒸氣等噴射出來,只有這樣才能對這么大的火箭進(jìn)行降噪,減輕發(fā)射對船體造成的灼傷。
第二,東方航天港號配備了一個叫DP2的動態(tài)定位系統(tǒng),可以相對精確地定位在一個點上,并且具備一定的抗風(fēng)浪的自主功能,相對來說,發(fā)射船就會更加平穩(wěn)。
“引力一號”發(fā)射照片 圖源:云上天境
火箭技術(shù)上的難題在于,我們這次發(fā)射的火箭相對于歷史上所有的固體火箭,還有一個非常難的點在結(jié)構(gòu)層面,這是全中國目前為止第一款捆綁式的商業(yè)級火箭。放眼全球范圍,在所有的商業(yè)航天企業(yè)中,這是繼馬斯克的重型“獵鷹”之后第二款捆綁式的火箭,還是固體捆綁式的火箭。
其實捆綁式火箭大家并不陌生,咱們國家的“長五”“長七”都是,但是在商業(yè)火箭中還是比較少見的。因為捆綁結(jié)構(gòu)的設(shè)計難度本身就非常高,火箭的助推器與主火箭連接點大概也就是一個直徑20-25厘米圓形的區(qū)域,而我們的單一設(shè)計指標(biāo)就要求這個區(qū)域能承受200噸的推力。其次,它還得足夠簡單,因為它要能夠發(fā)一個命令迅速分開,并且形成一個幾米每秒的相對分離速度,所以就要求既要牢固又要簡單,這本身在機(jī)械機(jī)構(gòu)上就很困難。第三,火箭發(fā)射這么大的一個力壓在一個表面上會發(fā)生焊接作用,即分子和分子之間相互滲透,很容易分不開,因此還得用到一些特殊的材料涂層。
此外,我們這次發(fā)射的火箭是中國首個固體捆綁固體的火箭,還有一個問題在于固體點火之后,整體內(nèi)部會有高壓,導(dǎo)致整個火箭和助推器都會拉長,而這和液體火箭是有一定區(qū)別的,拉長之后可能在幾個厘米這樣的級別,因此我們所有的連接必須是柔性的而不能是剛性的。
所以相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計,包括氣動設(shè)計的難度要求都高了不少,這一點我覺得是未來很多火箭企業(yè)可能想去攻克的一個技術(shù)難題,我們前后也是花了兩年多的時間才把這個難題攻克掉。
問:相較于馬斯克的SpaceX,我們這次火箭的噸位發(fā)射成本如何,是降低了還是提高了?
姚頌:國內(nèi)現(xiàn)在的平均發(fā)射成本肯定還是比馬斯克的發(fā)射成本高的,有數(shù)倍之多,比如一些小的火箭還有一些其他公司的火箭,平均發(fā)射成本在國內(nèi)可能是超過10萬元人民幣每公斤,折算一下就是超過了15000美元一公斤。
我們這次的發(fā)射成本,比原來國內(nèi)商業(yè)發(fā)射的平均成本下降了一半多,但具體數(shù)字涉及商業(yè)機(jī)密,我不能透露。
可以這么說,相較于馬斯克,我們目前仍然有差距。之前在武漢的一次航天峰會上,一位來自國際某宇航機(jī)構(gòu)的專家給出的數(shù)據(jù)是,馬斯克現(xiàn)在回收火箭的發(fā)射成本是1700美元一公斤,相當(dāng)于1.2萬-1.3萬人民幣左右。我們目前的成本較10萬元可能下降的非常顯著,但和他比還是貴了不少,可能得有一倍,所以還是有繼續(xù)前進(jìn)的空間,進(jìn)一步把成本降下來。
目前我們有三條路徑在走。
第一個路徑是把火箭做的足夠大,這樣成本才能夠足夠攤薄。馬斯克之所以能做的那么便宜,就是因為“獵鷹9”有22.8噸的運載能力,回收型也有超過18噸的運載能力。而我們的火箭運載能力是6.5噸,之前很多的商業(yè)火箭的運載能力還在200-300公斤或者1-1.5噸左右。
“獵鷹9”發(fā)射圖,圖源:NASA
這其中包括很多開工成本、供應(yīng)商供貨成本、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本,沒有辦法通過噸位的形式去攤薄,所以它的成本很高。大家都在發(fā)新聞?wù)f要做更大的火箭,是因為只有更大的火箭才有可能把基礎(chǔ)的發(fā)射成本降下來。
第二個路徑,火箭里面的很多原材料,包括核心的元器件都非常昂貴。比如芯片,原來我們可能用的都是宇航級的芯片,一顆芯片能換一輛寶馬車。包括很多的合金材料也都比較貴,還有一些加工工藝,所以我們現(xiàn)在盡可能用工業(yè)級的方式、工業(yè)級的器件去做代替。這次在我們首飛的火箭上就會放上公司自研的基于工業(yè)級器件的高性能箭載計算機(jī),作為備份計算機(jī),而主計算機(jī)還是一個高度可靠的機(jī)械構(gòu)成的計算機(jī)。
第三條路徑就是大家耳熟能詳?shù)目苫厥辗绞剑蠹乙惨⒁庖稽c,即便是馬斯克,它的發(fā)射全都是海上回收;因為如果火箭發(fā)射還要倒著飛回原地,由于飛出去還得回來,那發(fā)射能力直接砍一半。收入變成了原來的40%,成本則變成原來的一倍,這么一算,單價其實是更貴的。所以,馬斯克的海上回收一定是火箭先發(fā)射出去,自由落體之后在它的航落區(qū)用船接到,然后才能實現(xiàn)回收。因此我們也必須得在海邊發(fā)射,才有可能實現(xiàn)航落區(qū)的回收。
我們也已經(jīng)開始積累可回收的各項技術(shù),包括變推力的發(fā)動機(jī)、優(yōu)化算法、高性能的箭載計算機(jī),基于差分定位的精確定位系統(tǒng)等等,所以,我們預(yù)計可能會在一年左右的時間內(nèi)進(jìn)行公司的首次回收測試,并且在兩年左右的時間實現(xiàn)可回收火箭,也就是引力二號火箭的首飛。引力二號之后加上首飛,我覺得我們是完全可以追上馬斯克當(dāng)前的發(fā)射成本的。
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本文僅代表作者個人觀點。
- 責(zé)任編輯: 王冬曉 
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