2023中国力量年度人物星际荣耀重复使用运载火箭团队:商业航天的“追赶者”

由凤凰网和金种子馥合香联合发起的“2023中国力量十大年度人物” 活动正在进行,第十二期中国力量十大年度人物系列专题片正式上线。

2023中国力量年度人物星际荣耀重复使用运载火箭团队:商业航天的“追赶者”

2015年12月,SpaceX“猎鹰9号”火箭完成首次回收,迄今为止,其火箭助推器已经成功进行了18次重复发射。“猎鹰九号”作为历史上第一枚可多次重复使用一级推进器的液体燃料运载火箭,打破运载火箭只能一次性使用的思维定势,将运载成本大大降低,在人类航天史上留下极为重要的历史印记。

可重复使用运载火箭的技术实现和商业收益均已被验证,那中国是否也有“猎鹰九号”?中国有自己的space X吗?本期内容就让我们走进星际荣耀重复使用运载火箭团队,一起见证中国可重复使用运载火箭“双曲线二号”的发射历程。

至暗时刻,从失败中找到成功

如果把中国商业航天比作一个大家庭,那么双曲线一号遥一(SQX-1 Y1)无疑承担了“长子”的责任与使命。2019年,星际荣耀“双曲线一号”遥一小型固体运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空,按飞行时序将2颗卫星及多个有效载荷精确送入预定300公里圆轨道。这次成功发射对中国商业航天市场意义重大,双曲线一号遥一成为中国首枚发射入轨的民营火箭,而星际荣耀也成为研发首枚入轨固体火箭的商业航天公司。

双曲线一号遥一实现了中国商业航天从0到1的突破,并为星际荣耀描绘了波澜壮阔的蓝图。然而正如“猎鹰9号”在成功前也经历过数次失败,中国的商业航天之路也同样充满了挫败和挑战。

2021年2月21日,“双曲线一号”遥二发射失败,原因是一块脱落的保温泡沫落在栅格舵上后被再次吹落,导致控制系统失效并引起箭体姿态突变。

2021年8月3日,“双曲线一号”遥五发射失败,原因是整流罩未正常分离,导致未能将卫星送到500公里SSO预定轨道。

2022年5月13日,“双曲线一号”遥四发射失败……

连续的发射失败,让星际荣耀迎来至暗时刻。回顾过往,双曲线二号、三号总设计师、星际荣耀总经理季海波说:“最初信心满满,公司把好多投资项目、子公司、发射台等已经规划好了,就准备大干一场,然而接连的失利,公司不得不调整战略方向。”

正如季海波所说,接连的失败给星际荣耀和每一个员工带来了一系列连锁反应。双曲线二号火箭是否要继续往下走?究竟什么才是星际荣耀最重要的东西?是要技术突破还是商业闭环?公司内部产生了很大分歧。按照原计划,星际荣耀要发射三发双曲线二号入轨火箭并装配几十台发动机。激烈讨论后,星际荣耀决定停掉这枚已经耗资1个多亿的火箭,转而将精力全部放到更为主流、载荷更大的双曲线三号火箭上。

连续失利,除了给团队士气产生不可抑制的影响外,也让投资人的心理预期不断下降。因此在公司经营上,星际荣耀大幅度缩减了固定资产投资和研发投资,并针对性地调整了团队组织架构,分别成立固液两个型号的火箭办公室,从质量、进度、计划、经费等方面进行差异化统筹把关,杜绝失败的根源问题重复出现。季海波坦然说道:“我们渴望成功,但也会正确面对失败,从失败中找到获取成功的一些因素。”

自研突破实现火箭垂直回收

不论是双曲线二号,还是双曲线三号,想要造出一枚可实现垂直起降任务的火箭到底有多难?

火箭要实现垂直返回,作为火箭“心脏”的发动机就必须具备多次启动和深度变推这两个关键的基本能力,而这恰是以往火箭发动机所不具备的技术,除此之外,液氧甲烷发动机也仅仅是他们的一个预想。技术和设备上的空白,迫使星际荣耀不得不走上自研道路,终于焦点一号发动机横空出世。

焦点一号液氧甲烷发动机在立项之初就重点围绕推力调节的功能来进行设计。经过几年攻关,这款发动机已经突破推力调节技术,顺利完成多次模拟飞行变推力试车,发动机在50%至115%推力范围内连续稳定工作,累计完成约12000秒。此外焦点一号采用液氧甲烷作为燃料,大大降低了燃料成本和回收火箭维护检修成本。

焦点一号试车现场

重复使用火箭除了需要有一个强大的“心脏”,还需要有极强的“方向感”,带领火箭子级顺利“回家”。为此星际荣耀设计了一套精密的制导控制算法,并通过大量仿真实验不断调整火箭的返回路线,力求为每一枚子级找到最优、路途最短的“回家路线”。在这套算法的助力下,火箭飞行路线变短、飞行状态更稳、消耗燃料更少,且在整个飞行过程中还可以利用栅格舵进行姿态控制。

栅格舵试验现场

星级荣耀不仅自研掌握了发动机、制导控制技术,还实现了着陆装置技术的突破。为了适应双曲线重复使用火箭的产品性能,星际荣耀研发了轻量化与可靠性兼备的着陆装置,不但可以耐受发动机喷射的高温,还可以为火箭着落起到良好的稳固和缓冲作用。

底部着陆装置

至此星级荣耀已将全流程关键技术都实现了独立自研,其艰难和挫折无法想象,而如季海波所说:“对于创业公司来说,关键技术掌握在自己手上是很有必要的。虽然在研发过程中也遇到各种各样的难题,但是有一些技术,我们要去突破;有一些坎儿,我们要去闯。”

商业航天的“追赶者”

4月7日,“双曲线一号”遥六发射成功,历经三次连续失利之后“双曲线一号”终于成功复飞。

11月2日,“双曲线二号”发射成功,试验飞行高度178.42米,飞行时间50.82秒。首飞完成后,试验团队在二十天内完成了火箭的重复使用维护检测工作,再次转场酒泉执行重复使用飞行任务。

12月10日,“双曲线二号”再次发射成功,试验飞行高度343.12米,飞行时间63.15秒,横向位移50米,着陆位置精度约0.295米,火箭着陆平稳精确。

“双曲线二号”验证火箭连续两次垂直起降飞行任务取得成功,验证了全尺寸液氧甲烷火箭一子级的快速重复使用能力、低空返回和着陆技术可靠性,为正在开展的中大型可重复使用运载火箭“双曲线三号”的研制工作提供了关键技术验证,意味着中国商业航天在液体运载火箭的可重复使用技术能力上取得了重要突破。

而即将到来的“双曲线三号”也已初见雏形。作为中大型液氧甲烷可重复使用运载火箭的“双曲线三号”,全长69.6米,箭体直径4.2米,无助推型低地球轨道(LEO)航迹回收运力为8.5吨,一次性使用运力为12.9吨,是目前已知国内规划的直径最大、运载能力最强、每公斤载荷发射价格最低的可重复使用液体运载火箭,将是未来参与商业发射市场发射任务的主力型号。“双曲线三号”计划于2025年首飞并实现重复使用。

时间的力量,总是在镌刻失败时,显得尤其强大。而作为成功者的注脚时,又显得过分苍白。在可重复使用液体火箭的研发和试验阶段,星际荣耀再一次领跑,没有人比他们更懂成功与领先的喜悦。而蛰伏三年,在失败中屡屡找寻方向,也没有人更比他们懂失败与求索的漫长。

马斯克的星舰已经起航,移民火星、移民地外星球似乎不再是遥不可及的传说,Space X用行动为商业航天投注了无限广阔的未来与想象空间。而经历连续成功与失败的星际荣耀又将在这股浪潮中扮演怎样的角色?季海波从容说道,“在国际市场上,星际荣耀还是一个‘追赶者’”。作为中国商业航天的有生力量,星际荣耀如一颗种子一般,正按照独属于自己的生长节奏和拔节速度,逐步攀升。

2023中国力量年度人物星际荣耀重复使用运载火箭团队:商业航天的“追赶者”

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