如果说,神舟飞船等大国重器离我们很远,商业航天则拉近了每个人与太空的距离。手机直连卫星通讯、自动驾驶、太空旅行……这些已经或即将实现的场景应用均与商业航天息息相关。
商业航天是技术含量高、富含创新驱动的产业,作为一种新质生产力的体现,商业航天领域每年都有很多颠覆性的技术和科技创新集中涌现,传统的卫星应用与人工智能、数字技术等相结合,使得商业卫星应用得到了进一步拓展。
新年伊始,本刊记者来到在航天运输系统国内领先的蓝箭航天,走进发动机生产试验基地,探寻商业航天背后的故事。
2024年1月19日下午4点,酒泉卫星发射中心,一枚巨大的白色“半截火箭”点火升空,升到350米半空中后,缓缓下降,平稳着陆在距离预定落点圆心仅2.4米处,着陆速度仅0.75米/秒。
蓝箭航天继2023年创造了世界首枚成功入轨液氧甲烷火箭的纪录后,这次进行的中国首次可重复使用不锈钢火箭垂直起降试验,又一次取得圆满成功。
中国的民营商业航天起步于2014年。彼时,国务院出台了《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》,首次提出鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设。借着政策的东风,中国商业航天的大门就此打开,之后多家民营航天公司相继成立。
经过近10年时间,中国商业航天从无到有,快速发展,其产业体系和市场体系初步形成,已经由基础制造、产品研发为主,逐步迈向应用牵引、市场主导的新阶段,成为中国航天不可或缺的重要力量。目前,国内已注册并有效经营的商业航天企业数量超过400家,市场规模已超万亿元。
2023年,中国的商业火箭已经进入了固体火箭发射稳定、液体火箭崭露头角的“2.0”时代。随着中国商业航天公司崛起,航天科技不再仅仅是遥不可及的高端领域。这一新兴领域的发展不仅为国家的科技实力带来提升,更将航天科技的种种优势带到了普通百姓的生活中。
卫星通信 让航天科技融入生活
如今,人们对手机、互联网等通信工具的依赖与日俱增,这离不开卫星通信的支持。
商业航天技术的进步不仅提升了通信的效率和范围,还产生了一系列新型通信服务,使人们的生活更加便捷,航天科技也正在一步步走进千家万户。
作为国内发射卫星最多的民商运载火箭之一,星河动力航天的谷神星一号运载火箭已成功将35颗不同类型商业卫星发射送入轨道。这些卫星分别用于执行对地观测任务、实现对全球海洋、大气和电离层等多种大气海洋空间环境要素探测、提供全球范围内的数据采集服务、开展航天科普项目等。
星河动力航天董事长刘百奇表示,未来5至10年,中国可能要发射上万颗卫星,商业航天将不再是小众产业。同时,卫星形成“星网”后将涌现各种应用场景,此前卫星的应用场景多为面向政府,未来也将更多服务于企业和个人端,成为助推经济增长的新产业。
通常,卫星的应用为通讯、导航及遥感。其中,在通讯领域,华为手机实现的卫星通讯已为人所熟知。对此,刘百奇认为,如果未来组建低轨卫星互联网,在实现手机直连卫星的同时,“星座”的建造成本足够低,可进一步降低手机直连卫星的通话费用,让该应用得到普及。
未来,商业航天不仅能让更多手机用户在飞机、船舶等交通工具运行中享受卫星通讯网络,也能让自动驾驶的定位更加精准。目前,借助卫星定位的导航系统,通常定位精度误差为“米”级。但如果低轨与高轨卫星进行差分定位,定位精度将升至“厘米”级,这也是道路分道线的宽度。对于自动驾驶来说,能够提供更多的信息支援能力。
在遥感领域,目前卫星对地球表面通常为“盲拍”,卫星在拍摄地面照片后需飞至地面测控站进行回传照片后,才能对照片进行分析。今后,商业航天将实现及时遥感,卫星在拍摄照片时能够进行智能化处理并实时向地面进行反馈,对于应急减灾、环保、渔业、林业等领域均能给予帮助。
突破技术瓶颈 引领科技创新
2024年初,随着东方空间的引力一号运载火箭在海上发射升空,并将3颗卫星顺利送入预定轨道,第六家成功入轨的中国民营商业火箭公司诞生。“引力一号”更是创造了全球最大固体运载火箭的记录。而这一幕只是中国商业航天快速发展的一个缩影。2023年,中国商业航天在新型火箭种类、发射次数、发射成功率、技术突破等方面创出新高,发展前景喜人。
2023年4月,天龙二号成为国内民营液氧煤油入轨第一箭;2023年12月,双曲线二号可重复使用液氧甲烷验证火箭圆满完成了第二次飞行试验……液体、可回收,这正是已经被美国太空探索公司(SpaceX)验证并可有效降低火箭发射成本的技术路径,也是国内多家商业火箭公司竞逐的重要目标。
面对未来大规模进出空间、航班化运输需求,大推力、高性能、可重复使用的液氧甲烷发动机是液体主动力发展的重要方向。放眼世界,可重复使用液氧甲烷火箭已进入快速研制发展期。
液氧甲烷由液态氧气和甲烷混合而成,具有燃烧效率高、绿色环保、成本低、易制取等显著特点,燃烧完之后积碳的问题也比较容易解决,能够减少发动机重复使用时清洗的工作量,降低可重复使用火箭的维护成本,因此被认为是火箭发动机推进剂的理想材料之一。
“液氧和甲烷是民用化和工业化程度很高的推进剂,非常容易获取,价格也更低廉,一旦液氧甲烷发动机技术成熟应用,未来这种推进剂作为一种可以大批量采购的工业品,成本将更加可控。”蓝箭航天首席执行官张昌武介绍,液氧甲烷火箭是蓝箭在创业之初就选定的发展方向,通过这一设计思路,未来可实现更低的成本以及火箭的可重复使用,同时还能填补相关航天领域内的空白。
火箭发射航班化 太空旅行不是梦
火箭高昂的发射成本,是阻碍人类大规模进入太空的 “拦路虎”之一,而运载火箭的可重复使用和低廉环保的燃料是降低发射成本的重要手段。
北京星际荣耀液体型号总设计师季海波说,实现运载火箭的可回收,是国内外商业航天追求最高投入产出比的必经之路,双曲线二号验证火箭复用飞行的成功为中国商业航天掌握可回收技术打下基础。
同样意识到火箭可重复使用重要性的还有蓝箭航天研发部总经理刘磊,2017年,他从北京航天动力研究所加入蓝箭航天。
“我刚加入的时候,马斯克的可重复使用火箭已经开始发射运营了。我当时就想:美国人能搞成,为什么我们中国人不行?并且当时商业航天公司还是在打地基的状态,可以自由发挥的余地更多。”刘磊表示,相信在他退休之前,能够实现坐着自己造的火箭去太空旅行的梦想。
张昌武表示:“未来十年,商业航天产业发展会给我们带来更多变化,卫星互联网也会走入到我们大众生活中来,航天的航空化也会发生。”
火箭航班化也为太空旅行普及提供了可能。“中国已拥有成熟的伞降飞船技术,如果还能够实现火箭稳定回收,运用‘可回收火箭+伞降飞船’方案的亚轨道旅行离我们并不遥远。”刘百奇说。
随着商业航天公司的努力,空间旅游逐渐从科幻变为现实。一些公司正在积极研发太空旅游技术,为普通人提供了亲身体验太空之旅的机会。这不仅是科技的飞跃,也是航天科技走进普通人生活的又一里程碑。空间旅游的可能性为人们提供了一个更为广阔的视野,展示了民营商业航天在推动科技前沿的同时,也为人类生活带来激动人心的新机遇。
记者手记
新年伊始,我们有幸探访了位于浙江湖州的蓝箭航天发动机生产试验基地,与一群怀揣梦想、充满激情的航天人进行了深入交流。
蓝箭航天,作为中国民营航天领域的佼佼者,自2015年成立以来,经过八年的艰苦努力,成功研发出天鹊系列液氧甲烷发动机。这款发动机不仅是中国首台大推力液氧甲烷火箭发动机,而且在全球范围内也位列第三,仅次于美国太空探索公司(SpaceX)的猛禽和蓝色起源的BE-4。它的诞生填补了国内多项技术空白,标志着中国航天技术取得了重要突破。
在采访中,我们了解到液氧甲烷作为推进剂具有诸多优势,如燃烧效率高、环保、成本低廉且易于获取。这些特点为火箭的量产和成本控制奠定了坚实基础。蓝箭航天创始人兼首席执行官张昌武表示,朱雀二号火箭搭载的天雀12液氧甲烷发动机是公司自创立之初就确定的发展方向。
谈及未来十年商业航天产业的变革,张昌武充满信心。他认为,航天航空化和星座网络化的实现将成为可能,而卫星互联网也将更加深入地融入我们的日常生活。这意味着在不远的将来,我们或许能在地球上的任何角落,随时随地接入高品质的卫星互联网服务。
张昌武还强调了航天发展的两个方向:一是通过卫星互联网实现全球覆盖,二是探索更广阔的宇宙空间。他认为,这两个方向在未来可能会形成竞争态势。他进一步指出,随着人类对地球信息的获取逐渐完善,我们将目光投向更远的未来,如挖掘整个地月经济带的信息资源。
在蓝箭航天的采访,让我们深刻感受到了中国商业航天产业的蓬勃生机。从基础制造到产品研发,再到市场主导和应用牵引,这一切都在短短近十年内取得了显著成果。朱雀二号火箭的成功发射不仅填补了中国液氧甲烷运载火箭的技术空白,也为民营航天企业在中国航天领域的发展注入了新的活力。
采访结束时,我们恰好见证了蓝箭航天一次发动机试车过程。尽管距离试车台有几百米之遥,但强大的推力和明显的震动仍然让我们感受到了这款液氧甲烷发动机的惊人实力。据悉,其推力高达70吨,试车过程持续了约400秒。这不仅展示了蓝箭航天技术的雄厚实力,也让我们对未来的商业航天产业充满了期待。
本刊记者 段崴 马黎彦 张也