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落得准、接得稳、用不坏、修得快……

枢密院十号  · 公众号  ·  · 2024-04-15 23:57

正文

全球首枚成功入轨的
液氧甲烷火箭——朱雀二号,
全年26次商业发射,

研制发射120颗商业卫星,
海南国际商业航天发射中心
一号发射工位正式竣工,
航天驭星等商业航天测控公司
成功执行20余次飞控任务……


2023年7月12日9时0分,朱雀二号遥二运载火箭在我国酒泉卫星发射中心发射升空,按程序完成了飞行任务,发射任务获得圆满成功。新华社发(汪江波 摄)

过去一年,中国商业航天加速发展,商业航天扶持政策持续出台,社会资本面向航天投资近60亿元,商业发射再创新高,技术发展取得突破。

“我国正加速研制4米级、5米级可重复使用火箭,计划分别于2025年和202 6年首飞。” 近日,一则由全国人大代表、中国航天科技集团研究发展部部长王巍院士带来的消息引发关注,人们对中国商业航天的未来充满期待。

胡喆 瞭望智库科技观察员

编辑 | 蒲海燕 瞭望智库

本文为瞭望智库原创文章,如需转载请在文前注明来源瞭望智库(zhczyj)及作者信息,否则将严格追究法律责任。

1
攻破关键技术


运载火箭是当前人类迈出地球家园,奔向浩瀚宇宙的主要交通工具。 可重复使用技术,是下一代主力运载火箭发展的重点方向。 在新技术与新管理方法的共同促进下,下一代运载火箭成本有望进一步降低,且更加智能、环保。

“当前,我国新一代载人运载火箭研制工作有序推进,火箭发动机基础设施及研制试验取得重大突破,可重复使用运载火箭关键技术都在一一攻破,整体进展顺利。”航天科技集团一院新型运载火箭总设计师容易告诉库叔,相比传统的一次性火箭, 可重复使用火箭增加了四大类关键技术:

一是火箭返回时要让它落得准;

二是火箭着陆回收时要接得稳;

三是为了满足重复使用要求,怎么让火箭用不坏;

四是当火箭需要局部维修保养时,怎样才能修得快。

蓝箭航天朱雀三号大型可复用液氧甲烷火箭首枚试验箭,在酒泉卫星发射中心圆满完成飞试任务。新华社图

国家队不断发力,民营商业航天企业也在探索中前行。 新年伊始,在位于戈壁滩上的酒泉卫星发射中心,一个直径3.35米、长度18.3米的“大家伙”在一分钟内,迅速爬升至约350米的高度后缓缓降落,最终稳稳回到地面。这是由蓝箭航天研发的朱雀三号可重复使用火箭首次大型垂直起降飞行试验,为2025年朱雀三号首飞奠定了坚实的技术基础。

蓝箭航天技术战略部负责人袁宇介绍,传统的火箭不是一个智能化产品,它更像手机中的“功能机”, 我们的目标是要把朱雀三号可重复使用火箭打造成一款智能化的火箭, 就像我们现在开的智能化汽车一样,可以远程升级它,让它在飞行中根据自身的飞行状态调节飞行轨迹,保证载荷顺利入轨,同时一子级箭体在落区回收。

“可重复使用火箭需要解决的难题是从高空高速状态下,从有偏差的一二级分离点受控精确返回到着陆场的飞行器控制问题,这个过程需要在线轨迹规划和优化计算,经历大范围的速度变化和大气复杂环境各种随机干扰,能够将重复使用火箭的速度、位置和姿态在着陆点实现精确控制达到软着陆,软硬件上可以和汽车自动驾驶行业实现交叉和融合创新,突破轨迹在线优化重构、动力冗余故障诊断、高精度垂直返回制导控制等关键技术,实现运载火箭航班化运营。”袁宇说。

目前, 蓝箭航 天尝 试使用了不锈钢作为可重复使用火箭的箭体材料, 这在全球范围内尚不多见。袁宇告诉库叔,不锈钢具有几个优势:

第一原材料价格低廉,生产量大,供应比较充足, 我国目前是世界上不锈钢产量最大的国家,年产量达到3000万吨以上,生产厂家众多,市场价格稳定;

第二是材料的利用率高。 铝合金用于制造火箭贮箱,需要加工去除大量的原材料,材料利用率比较低。而不锈钢直接使用冷轧薄板进行卷焊,可以将材料利用率提升到80%以上,这样箭上一公斤不锈钢结构的成本比箭上一公斤铝合金结构的成本要低两个数量级;

第三是生产工序环节少,耗能低污染少。 铝合金火箭在生产过程中不可避免要使用热处理、表面处理等高耗能高污染的工序,而不锈钢则都不需要,可以实现“开卷即用,开卷即焊”,简化了生产工序环节,降低了能耗和污染;

第四是材料的力学性能优异。 高强度301不锈钢,其抗拉强度和延伸率都是传统铝合金的2-3倍。在低温(液氧、LNG、液氮、液氢温度)下,材料的抗拉强度会显著提升到2000MPa以上,且保留良好的韧性。

第五是加工成型性能好。 不锈钢在冲压、旋压、折弯、滚弯等钣金工艺下,依靠材料自身良好的塑性和抗裂性能,可以方便地成型各种形状,成型后尺寸稳定,回弹小。

2
不断优化发展环境


“商业航天赛道已成为大国的必争之地”,新加坡《联合早报》网站近日发布报道分析认为,官方的大力推动开启中国商业航天领域的爆发期。

“中国商业航天发展有赖于领域内实质性的能力提升和技术突破,尤其是大运力可重复使用运载火箭技术,必须在未来3年实现根本性的突破。”蓝箭航天创始人兼董事长张昌武认为, 中国商业航天目前处于蓬勃发展的阶段,迎来重大窗口期和机遇期,政策、资金、人才等要素在聚集。 但从全球来看,中国商业航天的发展与世界顶尖水平相比还有不小的差距,是一个高投资、长周期的行业。

商业航天作为新质生产力的代表,可推动建设“天地空一体化”的网络布局,开辟新的发展赛道,是未来产业的关键。 专家表示,商业航天将有效带动信息、新材料等相关产业重塑新动能、新优势,但也面临发展环境待优化等现实问题。

2023年12月29日拍摄的海南国际商业航天发射中心一号发射工位。新华社记者 郭程 摄

当前,国家和地方密集出台相关政策,大力支持商业航天发展。 2023年,中央经济工作会议提出,将商业航天作为国家战略性新兴产业的重要扶持领域。国家国防科工局发布《关于加强民用航天发射项目许可证管理有关事项的通知》,进一步规范民用航天发射活动。北京、上海、湖南、江苏、四川、重庆等多个省市出台文件,结合地缘特色指导商业航天发展方向,并进一步推动商业航天产业布局落地。

在今年的全国两会上,政府工作报告提出“积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎”,这是商业航天首次被写入政府工作报告,为行业发展注入更多信心与动力。

“发展航天事业,不仅要勇于攀登科学技术高峰、探索浩瀚宇宙,更要面向大众、服务大众。” 王巍院士表示,应充分调动社会优质资源,积极服务国家战略,加速突破高性价比商业卫星关键技术,推出通信、导航、遥感及综合性商业卫星产品,开发商业市场急需的高性价比火箭发动机。

卫星制造业作为商业航天新兴产业的核心内容,正处于“先破后立”的关键转型期。去年,我国首款使用柔性太阳翼的平板式通信卫星银河航天灵犀03星成功发射,银河航天南通卫星工厂投入使用,商业卫星批量生产能力大幅提升。

“我们正在基于国内成熟的工业体系配套,发挥社会工业体系优势并相互赋能,构建新型航天产业生态。”银河航天首席技术官朱正贤建议,面向未来,应持续打造以太空算力为基础的核心能力、发力卫星星座建设及应用。

3
打造合作共赢生态








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