軍民兩用技術(shù)創(chuàng)新的鮮活案例

姜疆

面對不斷增長的空間資源開發(fā)以及競爭日益激烈的商業(yè)航天發(fā)射需求，快速進入空間和應(yīng)用空間已經(jīng)成為各航天大國競相爭奪的新領(lǐng)域。正是在小衛(wèi)星蓬勃發(fā)展、快速響應(yīng)航天概念深入人心、固體動力技術(shù)不斷進步等力量的共同牽引之下，我國商用火箭應(yīng)運而生。憑著巨大的市場需求、強勁的技術(shù)競爭力和發(fā)展?jié)撃?、逐步降低的發(fā)射成本，以及政府的大力支持。中國商用火箭必將開辟出商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)一片新藍天，使中國火箭成為繼核電、高鐵、特高壓等之后，中國的又一張靚麗的新“名片”。

我國新型火箭力拓商業(yè)航天市場

11月18日，“長征十一號”運載火箭結(jié)束了為期33天的太空翱翔勝利返回地球。特別值得關(guān)注的是，除了中科院的脈沖星實驗衛(wèi)星，“長征十一號”火箭此次還搭載發(fā)射了“瀟湘一號”衛(wèi)星和“麗水一號”星座首批衛(wèi)星等我國民營機構(gòu)的商業(yè)衛(wèi)星和載荷，探索了中國民營衛(wèi)星公司商業(yè)搭載服務(wù)新模式。

當(dāng)今世界主要航天國家和組織都在大力推進商業(yè)航天發(fā)展。有研究顯示，商業(yè)航天領(lǐng)域每投入1美元，可拉動7-14美元的回報（2015年數(shù)據(jù)）。

火箭發(fā)射運載服務(wù)，僅是商業(yè)航天范疇的一部分，不過卻幾乎是所有航天商業(yè)應(yīng)用場景的起點，也是目前商業(yè)航天最旺的部分。

目前，全球商業(yè)航天發(fā)射領(lǐng)域，歐美公司（Boeing）仍占主流，尤其是在美國，除波音公司等傳統(tǒng)巨頭，在空間運輸、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域，涌現(xiàn)出了以美國太空探索技術(shù)公司（Space X）、美國軌道科學(xué)公司（Orbital Science）為代表的一批商業(yè)航天公司。同時，一些大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)進軍航天領(lǐng)域，也為該領(lǐng)域帶來了新思維、新理念與新模式。信息顯示，國內(nèi)外商業(yè)航天企業(yè)正在研究的運載火箭型號就超過20款。

作為世界主要航天大國之一，中國在全球航天發(fā)射市場上自然不會也不應(yīng)缺席。今年我國成立的商業(yè)火箭公司——中國長征火箭有限公司（隸屬于航天科技集團，下文簡稱“中國火箭公司”）、航天科工火箭技術(shù)有限公司（隸屬于航天科工集團，下文簡稱“航天火箭公司”），正在以“長征”、“快舟”兩大品牌推動中國火箭全面進軍商業(yè)航天領(lǐng)域，在這條“航”路上全力開“火”，憑著強勁的技術(shù)競爭力，逐步降低的發(fā)射成本，將開辟出商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)一片新藍天，使中國商用火箭成為繼核電、高鐵、特高壓等之后，中國的一張新“名片”。

此次勝利在太空完成任務(wù)的“長征十一號”火箭，主要用于將中小型航天器以“一箭一星”或“一箭多星”的模式發(fā)送至1000千米以下、不同傾角的近地軌道及太陽同步軌道，具有較強的任務(wù)適應(yīng)性。

與使用液體燃料的傳統(tǒng)大型火箭不同，“長征十一號”以固體燃料作為發(fā)動機推進劑，這樣的好處是能實現(xiàn)全箭整體儲存、高效快速發(fā)射，從而使發(fā)射成本大為降低。“長征十一號”使用通用化的星箭接口，可以滿足不同類型和任務(wù)的載荷，和不同軌道的靈活多樣的發(fā)射需求，而且可實現(xiàn)多發(fā)連續(xù)高密度發(fā)射。作為國內(nèi)首型兼任多種發(fā)射形式的固體運載火箭，“長征十一號”對發(fā)射場的保障條件也要求相對較低。

“長征十一號”有著“快速響應(yīng)利箭”之稱，接到任務(wù)命令后，可在24小時內(nèi)完成星箭技術(shù)準(zhǔn)備和發(fā)射任務(wù)，實現(xiàn)衛(wèi)星快速組網(wǎng)和補網(wǎng)。在此次的發(fā)射任務(wù)中，“長征十一號”就證明了其具備星箭快速對接、全箭整體儲存和發(fā)射場快速發(fā)射的能力，尤其是具備完成星箭對接后，在發(fā)射場上能夠全天候條件下數(shù)小時內(nèi)完成發(fā)射的能力。

現(xiàn)在，“中國火箭公司”還計劃向商業(yè)航天市場投放4款火箭產(chǎn)品。4款火箭產(chǎn)品中有3型成熟產(chǎn)品，分別是液體低軌商業(yè)火箭、液體高軌商業(yè)火箭和固體商業(yè)火箭，另有Ⅰ型正在研制的液體中型商業(yè)火箭（見表1）。

曾于2013年和2014年先后勝利搭載發(fā)射衛(wèi)星進入太空的“快舟一號”火箭，具有快速集成、快速入軌等創(chuàng)新特點。“快舟一號”的成功發(fā)射亦驗證了其“太空快速響應(yīng)”的能力，一旦需要，可以在幾天甚至幾小時內(nèi)將衛(wèi)星發(fā)射上天。如今，“航天火箭公司”亦有了幾位“快舟”家族新成員（見表2）。由于“快舟”火箭具備快速、靈活、經(jīng)濟等特點，備受商業(yè)航天領(lǐng)域的青睞。

“快舟”火箭正是著眼商業(yè)航天概念的一款產(chǎn)品，自誕生之時，快速、靈活、經(jīng)濟的特點就讓其與商業(yè)航天結(jié)下不解之緣。與傳統(tǒng)火箭相比，“快舟”火箭在總體設(shè)計思想與理念上創(chuàng)新極大。

“快舟”火箭也以固體燃料作為發(fā)動機推進劑，發(fā)射成本大為降低，在發(fā)射場的時間也大為壓縮。發(fā)射時間的極大縮短同樣得益于發(fā)射方式的轉(zhuǎn)變，不同于傳統(tǒng)液體火箭需要復(fù)雜的固定發(fā)射架來進行發(fā)射，“快舟”火箭通過機動性強的發(fā)射車就可以發(fā)射，發(fā)射程序的簡化也降低了成本，它的每公斤載荷運載成本在1萬美元元左右，為國際平均成本的一半。便捷的操作，也是“快舟”火箭贏得市場的一大法寶。據(jù)了解，“快舟”火箭只需不超過10個人就可執(zhí)行發(fā)射（包含司機和指揮人員），接到指令摁下發(fā)射按鈕即可，能夠滿足衛(wèi)星商業(yè)化高密度、快速發(fā)射的需求。

中國商用火箭的發(fā)展前景和自身潛力

近年來，全球航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，每年都以6%到7%的速度增長。而伴隨著歐洲航天局公布國際“月球村”計劃、中國布局引力波探測空間太極計劃……不難預(yù)見，航天業(yè)有望迎來飛躍式發(fā)展。

同時，由于經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展進步，特別是商業(yè)領(lǐng)域的增長潛力，加之國家政策的鼓勵，原本由政府主導(dǎo)的“高大上”的航天產(chǎn)業(yè)正在變得“接地氣”，逐步走向大眾，并最終走向“尋常百姓家”。

據(jù)今年6月美國航天基金會發(fā)布的《2016年航天報告》顯示，2015年全球航天經(jīng)濟總量達3353億美元，其中商業(yè)航天活動占比76%，總計2460億美元，并且還將進一步擴大。這股商業(yè)航天“運動”，進場的有火箭商業(yè)化運作的國家隊，有資本雄厚的上市公司，也有海歸極客組建的民間團隊，還有……近五年來，全球范圍內(nèi)航天領(lǐng)域的從業(yè)公司數(shù)量增長了近十倍。Boeing、OneWeb、SpaceX等都分別發(fā)布了自己的小衛(wèi)星星座計劃，Google、FaceBook、騰訊、阿里等互聯(lián)網(wǎng)巨頭也正在積極參與其中。很多商業(yè)航天企業(yè)采取或多種火箭型號搭配、或重復(fù)使用等策略，籌劃低成本的“太空速遞”網(wǎng)絡(luò)；同時，推動著航天技術(shù)在商業(yè)飛行服務(wù)、衛(wèi)星運營、地面游樂園等場景中的應(yīng)用，試圖延長盈利鏈條。還有越來越多的人，對于“太空旅游”的熱情不斷高漲，世界主要的幾家太空旅游公司已經(jīng)確定有數(shù)百位預(yù)定旅客和數(shù)千人購票意向。

在這樣的背景下，近年來，市場對商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射的需求也越來越強烈。據(jù)不完全統(tǒng)計，2016年，全球進行商業(yè)發(fā)射36次。而未來全球商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射市場的需求繼續(xù)保持強勁，有關(guān)測算顯示，2016年至2020年，全球每年發(fā)射的1kg-50kg小衛(wèi)星數(shù)量將超過200顆，預(yù)計2020年將達到410顆。

僅就我國來講，此前有研究預(yù)計，到2020年，中國商業(yè)太空活動每年的市場價值將達到300億元。隨著衛(wèi)星研制的技術(shù)門檻不斷降低，國家鼓勵民營企業(yè)參與航天經(jīng)濟，越來越多的企業(yè)將參與到商業(yè)微小衛(wèi)星的生產(chǎn)中。業(yè)內(nèi)人士認為，未來我國商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射需求將超過一千顆。

特別需要一提的是，“瀟湘一號”、“麗水一號”等民營衛(wèi)星和載荷此次搭乘運載火箭首次上天，更有著很強的示范效應(yīng)和鼓舞作用，民企衛(wèi)星發(fā)射熱情有望持續(xù)高漲。

近日，阿里的相關(guān)負責(zé)人就宣布，計劃與航天科技集團第一研究院、中華航天博物館于明年9月發(fā)射全球首顆電子商務(wù)衛(wèi)星“聚劃算號”商務(wù)衛(wèi)星?！熬蹌澦闾枴睂⒅饕糜陔娚滔M數(shù)據(jù)分析，例如利用衛(wèi)星功能拍照監(jiān)測全球農(nóng)業(yè)種植和收獲情況，第一時間將全球最好的蔬菜輸送到消費者餐桌上。

眼下，很多民營企業(yè)、科研院所紛紛提出了自己的小衛(wèi)星星座的一些計劃，很多上市公司也有這方面的考慮，這就為商用火箭，特別是專門運送小衛(wèi)星的小的運載火箭提出了非常迫切的需求。

全球低軌衛(wèi)星星座通信系統(tǒng)——“鴻雁星座”，計劃構(gòu)建一個覆蓋全球的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，促進國際通信互聯(lián)互通和各國信息共享?！傍櫻阈亲睂⒂?0顆低軌道小衛(wèi)星及全球數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理中心組成，形成具有全天候、全時段及在復(fù)雜地形條件下的實時雙向通信能力。而此次接受“長征十一號”搭載服務(wù)的利騅電子科技公司將建成的“麗水一號”商業(yè)遙感衛(wèi)星星座，將是由80-120顆衛(wèi)星組成的。

東興證券研報認為：伴隨民營衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量持續(xù)增長，衛(wèi)星發(fā)射與應(yīng)用領(lǐng)域可長期看好。航天科工集團第四研究院“快舟”副總設(shè)計師劉蕭磊表示，商業(yè)航天行業(yè)迎來了一個非常好的發(fā)展機遇期，商用火箭發(fā)展的前景非常好，現(xiàn)在很多項目都受到了資本市場的關(guān)注。

將來我國商用火箭正是要在市場上，通過商業(yè)的模式來獲得資金，獲得投入的回報的。航天科工集團正在打造的快舟十一號火箭就是一款全商業(yè)化的運載火箭。在經(jīng)費方面，通過客戶自己出資來進行火箭的研發(fā)。

任何事業(yè)的發(fā)展，歸根結(jié)底必須依靠人才，更何況航天是一項高技術(shù)、高風(fēng)險的事業(yè)，中國商用火箭亟需勇于創(chuàng)新、善于合作的專業(yè)人才投身進來?？上驳氖?，“長征五、六、七號”同時開發(fā)這一宏偉事業(yè)跨過了一個分水嶺，有研究指出，接下來，就像美國阿波羅計劃實施后，年輕技術(shù)人員出現(xiàn)“富余”一樣，中國也將出現(xiàn)這種狀況。

政策方面，國家對航天商業(yè)化的支持力度很大，商業(yè)航天被當(dāng)做經(jīng)濟新常態(tài)下提振科技創(chuàng)新、拉動經(jīng)濟增長的產(chǎn)業(yè)“火箭”。2016年5月，國家發(fā)改委《關(guān)于實施制造業(yè)升級改造重大工程包》中，重點工程之一即為“商業(yè)航天產(chǎn)品發(fā)展工程”，包括商業(yè)遙感衛(wèi)星、通信衛(wèi)星及運載火箭的研制生產(chǎn)線。

安全可靠性VS成本

現(xiàn)在，我國的商業(yè)航天正處于轉(zhuǎn)型期。中國航天60年走來，一直是以保證高可靠為宗旨，而商業(yè)航天看重的是降成本與快速反應(yīng)。這是中國航天及中國火箭的一個全新的起點。中國商用火箭必須在高可靠同快速反應(yīng)和降低成本之間找到平衡點。

Space X的“獵鷹—9”火箭，從設(shè)計到首飛，僅用了4年半。在提高效率的同時，成本也明顯降低。在商業(yè)發(fā)射市場，Space X的 “獵鷹-9”已經(jīng)將商業(yè)發(fā)射的價格拉低了一個數(shù)量級。根據(jù)美國航空航天局（NASA）發(fā)布的報告，“獵鷹—9”同樣的一枚火箭，由NASA研發(fā)至少要13億美元，而商業(yè)公司僅花費了不到4億美元。

低成本不是商用火箭競爭的唯一要素，但會讓競爭優(yōu)勢更為明顯。Space X的爆款火箭“獵鷹-9”已拿到未來五年全球38個發(fā)射合同，其中的24個都來自國際商業(yè)發(fā)射市場。無疑，降成本能刺激需求，把市場規(guī)模做大，這也是中國火箭商業(yè)應(yīng)用研發(fā)的重點方向。

“中國火箭公司”以“快速整合資源，實現(xiàn)多方聯(lián)動”為策略，依托中國運載火箭技術(shù)研究院在航天發(fā)射領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，嫁接客戶的不同需求，推出了“三車”（專車、順風(fēng)車、快車）計劃。太空班車，在指定時間和地點同時搭載多顆衛(wèi)星進行發(fā)射，用戶可以像乘“班車”一樣完成發(fā)射任務(wù)；太空專車，根據(jù)指定時間及軌道，提供專屬發(fā)射服務(wù)；太空順風(fēng)車，根據(jù)發(fā)射主任務(wù)的剩余運載能力，公司提供在指定時間、指定軌道的發(fā)射服務(wù)。

三型“太空車”業(yè)務(wù)組合，不同用戶在專屬性、任務(wù)安排靈活度、及發(fā)射費用之間可以根據(jù)自己的計劃進行選擇?！疤瞻嘬嚒边m于發(fā)射皮納衛(wèi)星、微衛(wèi)星、迷你衛(wèi)星，易于被中小用戶所接受；“太空專車”適于發(fā)射從迷你衛(wèi)星到大衛(wèi)星的專業(yè)用戶，有更高的專屬性和靈活度；“太空順風(fēng)車”適于發(fā)射從皮納衛(wèi)星到大衛(wèi)星的各種載荷，對用戶來說，是專屬性、靈活度和費用的平衡選擇。這些都將降低發(fā)射門檻，增加發(fā)射機會，便利用戶。

多種車型任君選擇的“中國火箭公司”，憑借擁有的多種型號火箭，力圖通過不同發(fā)射方案的選擇搭配，降低成本，使客戶獲得較低廉的價格。

行業(yè)專家指出：可靠性和性能，同成本之間要尋求平衡點，這是商業(yè)航天的重要任務(wù)，但“可靠”始終是第一位的。無論怎樣商業(yè)化，安全的性能始終是中國航天人最重視的品質(zhì)。

近20年來，中國火箭的發(fā)射成功率一直居全球之最。據(jù)統(tǒng)計，從1970年長征一號運載火箭發(fā)射至今，中國長征系列運載火箭共實施了238次發(fā)射，發(fā)射成功率高達97%左右。在全球商業(yè)火箭發(fā)射市場上，安全性值得所有中國航天人引以為豪，也成為塑造中國商用火箭品牌形象的代名詞。

展望未來，“中國火箭公司”將陸續(xù)推出和完善新一代小型、中型運載火箭系列，還將積極構(gòu)建新的、更便利的商業(yè)發(fā)射服務(wù)體系。“航天火箭公司”預(yù)計到2020年將形成年產(chǎn)50發(fā)快舟系列火箭的生產(chǎn)能力。

特別值得一提的是，對于與大眾消費連接的關(guān)鍵，“中國火箭公司”未來3-5年內(nèi)，將開展可重復(fù)使用的亞軌道往返運輸系統(tǒng)的技術(shù)攻關(guān)。計劃在2020年前后，利用數(shù)十噸級的亞軌道飛行器，向大眾提供最多5-20座位，最高80-140公里的亞軌道太空旅游觀光、短時間失重體驗，以及按需定制的獨特機動飛行等。在2030年到2035年，利用百噸級組合動力飛行器，提供10-20座、80-90公里軌道高度的長時間亞軌道商業(yè)飛行，支撐全球快速點對點洲際航班、商業(yè)長期空間飛行等業(yè)務(wù)的開展。