在我国有两支国家队从事航天发射业务,分别是中国航天科技集团有限公司与中国航天科工集团有限公司,通常人们认为“航天科技送人上天,航天科工送人上西天。”,指的是航天科技集团研发的宇航产品都是人畜无害的航天应用产品,譬如航天科技集团抓总负责的“载人航天工程”之于“送人上天”就很应景,而航天科工集团出品的DF-21D、DF-26则多为送人上西天的军工产品。
然而上述这些都属于过去时代的刻板印象,实际上两大集团业务早已相互交叉,航天科技是长征系列火箭的抓总单位,但DF-31、DF-41等东风快递也是他们的杰作。
航天科工自然也不甘寂寞,趁着军民融合战略东风由该集团抓总研制的快舟系列商业运载火箭也相继问世。截至目前,快舟一号与快舟一号甲两型火箭已连续实施11次发射任务,成功率100%。
拥有100%发射成功率的快舟一号甲脱胎于东风快递,因此有着极高的成熟度,但火箭运力偏小,近地轨道运力300公斤,700公里高度太阳同步轨道则仅有200公斤,只能发射微小型卫星。近日首飞失利的快舟十一号运载火箭就是旨在弥补运力不足问题,该型火箭近地轨道运力达到1.5吨,1000公里太阳同步轨道运力则是1吨,对比快舟一号甲运力整整提升5倍。
航天有风险,关注需谨慎
2020年7月10日12时17分,新型运载火箭快舟十一号在酒泉卫星发射中心实施首次飞行任务,火箭点火起飞至一二级分离等关键动作皆表现正常,但随后官方发布通稿确认火箭飞行异常,首飞任务失利,具体原因需进一步分析排查。
回顾上世纪八九十年代的中国航天几乎每一次发射都能成为举国关注的大事件,给人的印象是长征火箭成功率都很高,要知道那一时期我们的发射量非常少,投入到每一枚火箭的人力、物力、时间等各类资源与今时今日完全不同,使用的大多也是久经考验的成熟型号,失败概率自然就更低,换句话说没有发射自然就无法失败。
昔日每一次火箭发射都是举国关注
当时间进入21世纪第二个十年中国航天发射频次逐年增加,2018年、2019年更是连续两年蝉联世界航天发射榜冠军头衔,而现如今的2020年我们同样保持着极高的发射频次,并且有望摘得全球发射榜冠军头衔的三连冠。
今年中国航天给人的印象是成绩喜人同时也有失落感,长征五号B型运载火箭首飞成功,为我们打开了天宫空间站时代大门,21世纪全球第一款载人登月用途飞船成功首飞(新一代载人飞船试验船),北斗卫星导航系统完成全球组网,这些胜利个个都是重磅级世界级。
但同时长征七号甲、长征三号乙、快舟十一号三型火箭接连失利也让很多人不解,要知道这三型火箭有两型都是全新型号,例如,长征七号甲应用了助推器与芯一级集束式分离方案,目的是为长征8R火箭实现垂直降落复用打基础。长征三号乙虽然是一款较为成熟的型号,但在高频次发射中必然存在失败概率,同时这款火箭几乎每一发都有不同程度的新技术应用。
看似今年失败次数多,实则是中国航天迎来了新技术爆发式增长的全新时代。而美俄在上世纪同样有更多的密集失败案例,如果没有那些失败如今的美国航天就不可能成长为手执牛耳者。
出师未捷的快舟十一号,目标世界最强
快舟十一号作为一款以固体燃料为主的运载火箭,其动力系统与液体动力构造完全不同,液体火箭发动机与燃料贮箱是相互独立的模块,而固体火箭的燃料贮箱与发动机则是浑然一体,在火箭发射前固体燃料像混凝土一样浇筑进火箭壳体内,进而形成装药燃料室。
固体燃料与火箭壳体必须紧密贴合在一起,但凡有一点空隙高达1500摄氏度的烈焰就会与空气产生反应,燃烧面会变得不规则进而导致爆炸,央视曾经公开快舟十一号火箭第三级因为缝隙问题导致的试车失败画面,现场可谓是一片狼藉。
也正因为这一次失败快舟十一号找到了重大风险点,并对其进行了升级改进,航天科技就是在一次次找到问题解决问题的过程中得到发展。
快舟十一号火箭壳体采用了碳纤维缠绕制造技术,对比传统壳体材料重量下降了一半,这也使得快舟十一号运载系数达到了同类火箭的世界第一水平。
例如,日本艾普斯龙固体火箭发射质量91吨,500公里太阳同步轨道运力仅有590公斤,而快舟十一号以更低的78吨发射质量,可以得到700公里高度太阳同步轨道的1吨运力,这就是高运载系数的结果差异,背后体现的则是火箭设计与制造水平的不同。
我国在快速进入空间能力建设上通过多年努力目前已经实现了弯道超车,显著标志就是一系列快速响应火箭产品的问世,长征十一号、捷龙一号、快舟一号甲、快舟一号、开拓者二号等总计有7款快响火箭。
另一个弯道超车标志就是以长征十一号为代表的实战火箭,它采用无依托的TEL机动发射系统,能在任意地点实现快速发射,甚至可以在海上平台发射,高机动特性是世界其他国家同类火箭完全不具备的实战功能。
当人们看到快舟一号甲火箭与DF-26几乎无异的TEL机动发射车时,心里一定会默念,别以为换了个马甲我就不认识你了,而在大多数情况下快舟一号甲火箭发射车连军绿色车体都懒得重新刷漆。
快舟十一号发射质量是快舟一号甲的整整两倍,更大的箭体尺寸与重量显然无法再继续使用快舟一号甲的TEL机动发射车,这一量级的火箭通常会采用固体塔架发射,而航天科工本着对“送人上西天”目标的执着追求,又为它量身定制了一款大载重TEL机动发射车。
早在两年多前航天科工四院就完成了快舟十一号发射系统双四级长行程液压缸同步起竖试验,在报道中还提到未来比快舟十一号更大吨位的火箭也将继续采用此种机动发射方案,这真的是要在“送人上西天”路上一条道走到黑。
快舟十一号的东风血脉还有很多,比如整流罩分离方案也与洲际导弹完全相同,同时头部的姿态控制系统也是曾经重型洲际导弹的专属配置。
快舟十一号起飞级2.2米直径发动机推力达到了180吨,是我国现役各型固体火箭发动机中的最大推力型号,以该型动力为蓝本完全可以研制一款重型洲际导弹。
军民融合战略的排头兵,快舟十一号也只是小目标
赫鲁晓夫曾说苏联可以像生产香肠一样生产导弹,如今这一目标也已经被我们实现。不同于穷兵黩武的他们,我们则是选择了更高段的军民融合战略。
今年5月位于湖北武汉的我国首个国家级航天产业基地正式投入使用,这里有占地4万平方米的超级工厂,是原先总装厂房面积的13倍,可以年产20枚快舟系列火箭。迅速投入市场的快舟系列火箭近年来也是屡获商业大单,该型火箭也是行云物联网天基星座的主力运载火箭,该航天产业基地还将形成年产240枚卫星的生产能力。
通过商业市场淬炼的批产能力在战时一旦转入军工生产,其迸发出的能量将有多大也是显而易见的。
快舟十一号使用了我国现役最大推力的180吨固体火箭发动机,而航天科工集团并不满足于此,去年4月由航天科工四院自主研制的500吨级4.2米直径大推力固体火箭发动机成功试车,而这就是快舟系列火箭更大的野望。
继快舟十一号之后快舟二十一号将依托500吨级大推力固体发动机研制,该型火箭将具备20吨级近地轨道运力,可以直接参与天宫空间站建设与运营任务,同时这一量级火箭也完全可以参与月球、火星等深空探测任务。
远期规划中还有近地轨道运力达70吨能够与我国新一代载人重型火箭媲美的快舟三十一号火箭,这款火箭则可以直接参与载人月球探测任务以及更大规模的深空探测任务。
航天发射市场过去由航天科技长征系列火箭一家独大的局面正在被打破,而快舟系列火箭就是参与变局的关键角色,同时民营航天也在异军突起,目前已知至少有三家民营航天公司正在加速推进液氧甲烷发动机研制,也至少有三家民企在加速推进垂直回收复用火箭项目。
新产品新技术的诞生有成功也必然有失败,正如神舟载人飞船之父戚发轫说得那样,建设航天强国的目标任务很重,所以需要格外强调创新。如果谁都不敢第一个吃螃蟹、不去冒风险,那就无法暴露问题、无法取得进展。
如今的中国航天虽然距离遥遥领先的世界第一还有很长一段距离,但值得庆幸的是依托14亿人口市场、世界最齐全的工业链条,我们已经走在正确的大路上