5月17日7時(shí)33分31秒，中國(guó)首枚民營(yíng)自研商業(yè)火箭OS-X型“重慶兩江之星”號(hào)，在中國(guó)西北某基地點(diǎn)火升空。
發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)。視頻截圖
“重慶兩江之星”號(hào)火箭設(shè)計(jì)制造商零壹空間總裁馬超和航空工業(yè)沈陽(yáng)所副所長(zhǎng)林鵬共同宣布，光學(xué)測(cè)量、雷達(dá)測(cè)量和遙感測(cè)控一切正常，達(dá)到預(yù)定試驗(yàn)要求，可靠獲取全部重要試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)成功。
據(jù)馬超介紹，“重慶兩江之星”為零壹空間OS-X系列的首型火箭。該火箭長(zhǎng)度9米，總重7200kg，全程大氣層內(nèi)飛行，最大高度約38.7km，最大速度超過(guò)5.7倍音速，飛行時(shí)間306s，飛行距離273km。零壹空間自主掌握固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)推力達(dá)到350kN，能夠?yàn)榭蛻糨d荷實(shí)現(xiàn)0~20馬赫的飛行速度。本次首飛載荷的客戶是航空工業(yè)沈陽(yáng)所。
據(jù)馬超介紹，在本次飛行試驗(yàn)中，火箭進(jìn)行了國(guó)內(nèi)首次“減阻桿”、“低成本能源”、“箭上無(wú)線通訊”等創(chuàng)新技術(shù)的研究，為簡(jiǎn)化火箭系統(tǒng)設(shè)計(jì)、降低研制成本打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)：以箭上無(wú)線通訊技術(shù)為例，將火箭從“有線網(wǎng)絡(luò)”帶入“無(wú)線WIFI”的新時(shí)代，該項(xiàng)技術(shù)可以減少箭上電氣系統(tǒng)設(shè)備50%的重量。
“重慶兩江之星”號(hào)是如何設(shè)計(jì)出來(lái)的，有哪些亮點(diǎn)，民營(yíng)企業(yè)進(jìn)入商業(yè)航天領(lǐng)域會(huì)帶來(lái)哪些變量?首飛前一天的5月16日，澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者對(duì)零壹空間總體控制部總監(jiān)李云鵬進(jìn)行了獨(dú)家專訪。
火箭研制歷經(jīng)一年，瞄準(zhǔn)飛行試驗(yàn)細(xì)分市場(chǎng)
李云鵬告訴澎湃新聞?dòng)浾撸琌S-X型火箭整個(gè)研制過(guò)程經(jīng)歷了近1年時(shí)間，其中主要分為兩個(gè)階段：一是方案階段，對(duì)總體和各分系統(tǒng)的方案進(jìn)行論證設(shè)計(jì);二是工程階段，主要包括產(chǎn)品投產(chǎn)和相關(guān)大型實(shí)驗(yàn)。
他介紹，OS-X型火箭的構(gòu)型是一個(gè)一級(jí)固體火箭，主要是用于先進(jìn)空天技術(shù)的驗(yàn)證飛行試驗(yàn)。
關(guān)于該火箭在國(guó)內(nèi)外同等火箭中處于怎樣的水平，李云鵬表示，很難類比，因?yàn)閲?guó)內(nèi)外很少有瞄準(zhǔn)飛行試驗(yàn)市場(chǎng)的火箭。
類似的國(guó)外同類型火箭——美國(guó)小型運(yùn)載火箭開(kāi)發(fā)商時(shí)代軌道發(fā)射服務(wù)公司(Generation Orbit Launch Services)的GO1火箭將在2019年首飛。對(duì)此，李云鵬稱，“盡管前者聲稱自己是首個(gè)商業(yè)飛行試驗(yàn)平臺(tái)，但很明顯，我們的X系列才是真正首個(gè)，我們?cè)?018年就要進(jìn)行商業(yè)運(yùn)營(yíng)，并完成三發(fā)飛行?？梢哉f(shuō)，我們現(xiàn)在是世界上進(jìn)度最快的，相當(dāng)于在商業(yè)模式上填補(bǔ)了這塊空白。”
他介紹，目前，國(guó)內(nèi)有很多研究機(jī)構(gòu)和高校都有進(jìn)行飛行試驗(yàn)的需求，但過(guò)去這種機(jī)會(huì)很難得，只能向傳統(tǒng)國(guó)企尋求機(jī)會(huì)，但因?yàn)闆](méi)有專門團(tuán)隊(duì)和產(chǎn)品做這個(gè)事，就算通過(guò)各種協(xié)調(diào)得到這個(gè)機(jī)會(huì)，整個(gè)周期也會(huì)很長(zhǎng)、成本會(huì)非常高。他舉例稱，比如X系列成本大概在1000萬(wàn)左右，用以前入軌的火箭成本最便宜也得6000萬(wàn)左右，而便宜的探空火箭因?yàn)闆](méi)有控制系統(tǒng)、沒(méi)有那么大適應(yīng)能力，也無(wú)法滿足有特定彈道需求的客戶。因此，OS-X型火箭的出現(xiàn)，真正填補(bǔ)了這塊市場(chǎng)的空白。
核心產(chǎn)品全自主研制，火箭可實(shí)現(xiàn)定制化
李云鵬介紹，此次發(fā)射的火箭從總體設(shè)計(jì)到分系統(tǒng)設(shè)計(jì)，到重要單機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)系統(tǒng)中的核心產(chǎn)品中控器，都是自主研制。
此外，零壹空間幾乎覆蓋了火箭發(fā)射的全過(guò)程，“大型地面實(shí)驗(yàn)，大部分由我們出方案、組織實(shí)施，所有裝備工作，包括發(fā)射場(chǎng)的發(fā)射、測(cè)試工作都由我們自己完成，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)很高;結(jié)構(gòu)上，所有圖紙、每個(gè)螺釘都是自己設(shè)計(jì);其中有些選擇外包，比如電機(jī)系統(tǒng)里有些單機(jī)，因?yàn)樵谑袌?chǎng)上已經(jīng)非常成熟，沒(méi)有必要自己設(shè)計(jì);但其中非常關(guān)鍵的做飛行控制的中控機(jī)是自己研制，其他的一些傳感器則會(huì)采用外購(gòu)。”
值得注意的是，OS-X型火箭可以根據(jù)客戶需求(比如運(yùn)載能力大小、彈道選擇、載荷尺寸等)進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。
對(duì)于定制化的范圍，李云鵬介紹，X系列火箭試驗(yàn)的微重力時(shí)間可達(dá)600秒，試驗(yàn)高度窗口在10千米至1000千米，臨近空間試驗(yàn)速度窗口最大可達(dá)15馬赫，主載荷重量最大可達(dá)2噸，主載荷幾何尺寸最大可達(dá)8米×3米×3米。如果達(dá)到最大尺寸載荷，可采用并聯(lián)方式安裝;如果載荷較小，可在火箭頭部采用串聯(lián)方式安裝，都可靈活配置。
此外，X系列火箭的控制機(jī)構(gòu)選擇有燃?xì)舛婧涂諝舛?，包括零壹自研的姿控?dòng)力系統(tǒng)，“這些都可以根據(jù)用戶需要的飛行彈道，在我們對(duì)需要的控制能力進(jìn)行評(píng)估后，進(jìn)行靈活配置。”
電機(jī)系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)，首次進(jìn)行減阻桿測(cè)試
李云鵬對(duì)X系列火箭的先進(jìn)性概括為兩點(diǎn)：
第一點(diǎn)，是電機(jī)系統(tǒng)采用集成化、一體化設(shè)計(jì)。其中，電機(jī)系統(tǒng)的核心產(chǎn)品中控機(jī)，相當(dāng)于集成了控制系統(tǒng)的幾個(gè)單機(jī)——持續(xù)控制、飛行控制解算、GPS接收、供配電、測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和編碼調(diào)制等，這些工作都集成到一個(gè)設(shè)備里，重量卻只有1.8公斤。
李云鵬表示，電機(jī)系統(tǒng)的集成化實(shí)現(xiàn)了火箭的配套設(shè)備數(shù)量大幅減少.整個(gè)系統(tǒng)規(guī)模，包括火箭上電氣設(shè)備之間互聯(lián)互通的電纜網(wǎng)規(guī)模也大大降低。一方面，這直接降低了配套成本，另一方面也提升了運(yùn)載能力。此外，電機(jī)的集成化也簡(jiǎn)化了整個(gè)試驗(yàn)周期，包括占用發(fā)射場(chǎng)的時(shí)間資源也會(huì)減少，這三點(diǎn)對(duì)于商業(yè)化運(yùn)行的火箭非常關(guān)鍵。
值得注意的是，李云鵬還提到，此次發(fā)射的火箭上還搭載驗(yàn)證無(wú)線收發(fā)技術(shù)，主要是為將來(lái)做無(wú)線火箭做準(zhǔn)備，“現(xiàn)在火箭上信號(hào)傳輸主要還是通過(guò)有線模式，我們想通過(guò)這次搭載飛行對(duì)這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行一些探索，如果將來(lái)能實(shí)現(xiàn)這個(gè)技術(shù)，可以進(jìn)一步把電機(jī)系統(tǒng)的成本重量大幅下降。”
第二點(diǎn)，是火箭上還進(jìn)行了減阻桿測(cè)試。李云鵬介紹，減阻桿主要負(fù)責(zé)減阻降熱，主要在飛行過(guò)程中可起到減小阻力、降低熱流的作用。目前這個(gè)技術(shù)在國(guó)外一些型號(hào)里有過(guò)一些應(yīng)用，但在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有工程應(yīng)用，因此此次做這個(gè)測(cè)試，也是相當(dāng)于對(duì)工程效能進(jìn)行評(píng)估，獲得一些數(shù)據(jù)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)這方面研究的空白。
固體發(fā)動(dòng)機(jī)：研制周期短、成本低
此次首飛的X系列火箭所搭載的是零壹自研固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
對(duì)此，李云鵬介紹，和液體發(fā)動(dòng)機(jī)相比，固體發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于使用起來(lái)比較簡(jiǎn)便，對(duì)地面依賴比較少，而液體發(fā)動(dòng)機(jī)需要加注和大規(guī)模的地面系統(tǒng)。此外，相比其他固體發(fā)動(dòng)機(jī)，X系列的發(fā)動(dòng)機(jī)研制周期更短，成本更低。
如何做到這兩點(diǎn)?李玉鵬表示，原因在于公司的研發(fā)架構(gòu)呈扁平化模式，研發(fā)部門之間的層級(jí)基本沒(méi)有，基本上都直接對(duì)總設(shè)計(jì)師負(fù)責(zé)，公司也基本上以設(shè)計(jì)為主，“去行政化的管理模式，相當(dāng)于減少了很多的部門之間的接口，包括管理過(guò)程中的上傳下達(dá)。”第二，是自主化程度高，很多結(jié)構(gòu)都自主設(shè)計(jì)，這也使得各個(gè)技術(shù)產(chǎn)品之間互相配合比較有自主權(quán)，省去了很多和外部協(xié)調(diào)的時(shí)間。
火箭首飛任務(wù)：進(jìn)行音爆測(cè)試、光測(cè)和雷測(cè)
在火箭總裝后，首飛前，火箭經(jīng)歷了總檢查的測(cè)試，包括模擬飛行總檢查、發(fā)射流程總檢查，箭體進(jìn)行了熱密封，發(fā)射臺(tái)進(jìn)行了安裝和定向。
在發(fā)射當(dāng)天，火箭被轉(zhuǎn)運(yùn)到發(fā)射陣地，吊裝到發(fā)射臺(tái)上。發(fā)射前，經(jīng)歷了大概十分鐘左右的簡(jiǎn)單測(cè)試。
在按下發(fā)射按鈕之后，火箭便開(kāi)始了自己的試驗(yàn)任務(wù)。
李云鵬介紹，此次首飛任務(wù)中，有對(duì)音爆的測(cè)試，其中音爆是阻礙超高速客機(jī)發(fā)展的重大技術(shù)問(wèn)題，借助這次飛行測(cè)試，團(tuán)隊(duì)會(huì)在火箭飛行過(guò)程中在航區(qū)進(jìn)行音爆測(cè)試。在飛行過(guò)程中，會(huì)有遙測(cè)數(shù)據(jù)的下傳，團(tuán)隊(duì)也可實(shí)時(shí)看到。
此外，發(fā)射場(chǎng)還將完成光學(xué)測(cè)量、雷達(dá)測(cè)量。在落區(qū)，也有人員對(duì)殘骸進(jìn)行搜尋。飛行完成后會(huì)對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步判斷，快速判定發(fā)射是否成功，之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。
除了兩項(xiàng)由客戶委托的減阻桿測(cè)試和音爆測(cè)試，此次首飛的火箭上面還搭載了零壹自己的東西，主要考慮是為以后做技術(shù)儲(chǔ)備，“比如火箭上的無(wú)線收發(fā)，還做了一些在火箭上用的電池。”
火箭發(fā)射安全性：配備自主安控系統(tǒng)，一旦失控將采取措施讓火箭直接掉在安全區(qū)
每當(dāng)有火箭發(fā)射，安全性就是公眾最為關(guān)注的話題。
對(duì)此，李云鵬表示，火箭的安全性是一個(gè)很大課題。X系列火箭在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中就一直在做安全性設(shè)計(jì)和分析，囊括在地面使用的過(guò)程中運(yùn)輸、存儲(chǔ)、總裝、測(cè)試等，“在保證測(cè)試人員安全的前提下，我們都嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)都有詳細(xì)的對(duì)各個(gè)階段的操作規(guī)范。”
對(duì)于此次首飛，李云鵬表示，航區(qū)(航線飛行區(qū)域)安全、首區(qū)(發(fā)射區(qū)域)安全，都經(jīng)過(guò)了詳細(xì)的計(jì)算，對(duì)落點(diǎn)范圍的掌控也進(jìn)行了詳細(xì)的仿真計(jì)算。據(jù)悉，此次設(shè)置首區(qū)安全區(qū)的半徑為150米，測(cè)試人員都在一公里之外，發(fā)射場(chǎng)和落區(qū)也進(jìn)行了清場(chǎng)。
值得注意的是，一旦火箭發(fā)生意外情況，也有相關(guān)兜底性措施。李云鵬介紹，此次火箭上配備有自主安控系統(tǒng)，具有主動(dòng)安控功能，一旦火箭在飛行過(guò)程中失控，有飛出安全區(qū)的趨勢(shì)，安控系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)采取措施讓火箭直接掉下來(lái)，掉在安全區(qū)內(nèi)。
李云鵬表示，“每次發(fā)射，發(fā)射場(chǎng)和主管機(jī)關(guān)最關(guān)心的也是安全性，會(huì)進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的評(píng)審，有嚴(yán)格管控，涉及到的是整個(gè)流程。”
不過(guò)，目前中國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)民營(yíng)企業(yè)參與商業(yè)航天還未出臺(tái)相關(guān)明確監(jiān)管條例。對(duì)此，李云鵬認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)通過(guò)立法來(lái)規(guī)范，他透露，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在這塊領(lǐng)域的立法，有關(guān)部門正在進(jìn)行。
據(jù)了解，目前在實(shí)際操作過(guò)程中，民企一般會(huì)遵循國(guó)企模式，安全性由國(guó)家主管部門包括發(fā)射場(chǎng)評(píng)估，監(jiān)測(cè)飛行距離等測(cè)控資源也在國(guó)家單位手里掌控，一些外彈道測(cè)量、光測(cè)、雷測(cè)基本上都是國(guó)有監(jiān)控資源。
民企介入優(yōu)勢(shì)
近年來(lái)，一直擔(dān)任中國(guó)航天“國(guó)家隊(duì)”角色的中國(guó)航天科技集團(tuán)、航天科工集團(tuán)，紛紛面向商業(yè)航天市場(chǎng)，豐富了火箭產(chǎn)品型譜，并推出了新的商業(yè)服務(wù)模式。因此，有聲音提出，“國(guó)家隊(duì)”有技術(shù)有實(shí)力，已經(jīng)做得很完善了，在航天領(lǐng)域從零起步的民企是否有介入的必要?
對(duì)此，李云鵬認(rèn)為，民企實(shí)際上是國(guó)家隊(duì)的有力補(bǔ)充。“民企整個(gè)的機(jī)制更加靈活，可以更多吸引社會(huì)資本，能承擔(dān)一些商業(yè)化程度更高的任務(wù)，也可以更加主動(dòng)得挖掘市場(chǎng)需求。比如X系列市場(chǎng)，以前沒(méi)有人做，我們作為民企，在這塊市場(chǎng)需求這塊會(huì)更加主動(dòng)，有利于航天走向大眾。很多東西最終繁榮起來(lái)，還是商業(yè)化的模式比較能刺激發(fā)展。”
目前，零壹空間引入的機(jī)構(gòu)股東包括重慶兩江航投集團(tuán)、哈工大機(jī)器人集團(tuán)、正軒投資、春曉資本、聯(lián)想之星、前海梧桐并購(gòu)基金、鴻泰基金、招商局創(chuàng)投、前海萬(wàn)得、通江資本等，累計(jì)融資近 5 億元。其中，哈工大機(jī)器人集團(tuán)是哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合黑龍江省政府、哈爾濱市政府成立的智能裝備集團(tuán);正軒投資是比亞迪聯(lián)合創(chuàng)始人創(chuàng)立的高科技領(lǐng)域投資機(jī)構(gòu)。
