說說電子號“拼單”那些事

文/ 李宇飛

▲ “電子號”發(fā)射

隨著航天技術(shù)的進步，世界商業(yè)航天異軍突起，成了近年來航天領(lǐng)域最引人關(guān)注的一個亮點。在這其中，商業(yè)運載火箭尤其得到了大量創(chuàng)業(yè)者的青睞。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界有上百家的商業(yè)運載火箭初創(chuàng)企業(yè)。然而，創(chuàng)業(yè)艱難，成功實現(xiàn)火箭入軌并投入商業(yè)運營的可以說是寥寥無幾。在這其中，就有美國的火箭實驗室公司及其所擁有的電子號運載火箭。如果說，太空探索技術(shù)公司抓住了大型運載火箭發(fā)射市場，那么，火箭實驗室在小型運載火箭的發(fā)射市場站穩(wěn)了腳跟。

專注于小型衛(wèi)星發(fā)射市場的“電子號”

小衛(wèi)星具有標準化、模塊化、低成本、研制周期短、部署靈活等優(yōu)點。近年來，隨著技術(shù)的不斷進步，小衛(wèi)星已經(jīng)成為航天產(chǎn)業(yè)中的重要組成部分，世界小型衛(wèi)星市場呈現(xiàn)出爆發(fā)性的態(tài)勢。在剛剛過去的2019年，小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量又創(chuàng)新高，全球共發(fā)射了385顆500千克以下的小衛(wèi)星，帶來的市場價值達到28億美元，其中70%來自制造，30%來自發(fā)射。

火箭實驗室公司顯然早早就盯上了這一蓬勃發(fā)展的市場，專門研制了“電子號”這一型小型運載火箭。電子號運載火箭能將小型衛(wèi)星運送到繞地軌道。與大多數(shù)運載火箭相比，“電子號”體積很小，直徑1.2米，只有17米高。通過技術(shù)改進，目前該火箭能把200千克有效載荷送入太陽同步軌道，低軌運載能力可達300千克。電子號火箭單次服務費僅為500萬美元左右，通常用來運載多個小型衛(wèi)星，比如立方體衛(wèi)星，可充分利用其火箭運載能力。

小衛(wèi)星發(fā)射市場最顯著的特點就是數(shù)量巨大和價格敏感?；鸺龑嶒炇夜緸橥苿与娮犹柣鸺玫剡m應小衛(wèi)星發(fā)射市場進行了大量努力。實際上，作為一型商業(yè)運營的運載火箭，高頻發(fā)射絕非僅僅是產(chǎn)品自身的事，而是一個綜合了科研、生產(chǎn)、運營的宏大工程?；鸺龑嶒炇医?jīng)歷了從科研公司到商業(yè)公司的巨大轉(zhuǎn)變。

首先，電子號運載火箭在設計之初就進行了相當細致的專門性應對。電子號火箭在公眾面前甫一亮相，就因為其創(chuàng)新的針對快速大批量制造發(fā)射和降低成本的總體設計，博得了許多眼球。它是世界上首次采用電驅(qū)動渦輪泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃氣驅(qū)動的化學火箭，發(fā)動機復雜度大大降低。另外，電子號整流罩、液氧儲箱等部位大量采用碳纖維復合材料，將自重降低到近乎極限，以提高運載能力。電子號火箭的盧瑟福發(fā)動機大量零部件采用電子束熔化鈦合金3D打印技術(shù)制造，包括其發(fā)動機推力室、泵、主推進劑閥門和噴注器等。最快24小時，就可以打印出一臺發(fā)動機，制造效率顯著提升。

電子號小型運載火箭采用了與獵鷹9火箭十分類似的設計，也是二級構(gòu)型，也是9臺發(fā)動機并聯(lián)，也是火箭一、二級共用同款液氧/煤油發(fā)動機的不同版本，為規(guī)模化生產(chǎn)鋪平了道路。電子號的第一級助推器使用9個相同的火箭實驗室公司自行研制的盧瑟福發(fā)動機，第二級為一個單獨的、真空優(yōu)化過的盧瑟福發(fā)動機。

其次，為了以更快的速度生產(chǎn)火箭，火箭實驗室對其生產(chǎn)流程也進行了大量的創(chuàng)新。目前火箭實驗室每30天能夠生產(chǎn)一發(fā)電子號火箭，主要受制于一些關(guān)鍵部件需要20天的研制期。通過在美國和新西蘭建設的新設施，火箭實驗室最終將達到每兩周生產(chǎn)一發(fā)火箭的速度。目前火箭發(fā)動機在位于加州亨廷頓海灘的總部生產(chǎn)，火箭箭體則在位于新西蘭奧克蘭的工廠組裝，然后在火箭發(fā)射場用最簡化的流程進行測試、集成和發(fā)射。

發(fā)射場工作包括發(fā)動機熱試車，靜態(tài)全子級試車，星箭對接和發(fā)射操作，可實現(xiàn)兩次發(fā)射的并行操作。為了使生產(chǎn)瓶頸得以緩解，“火箭實驗室”還在進行重復使用第一級的研究。初期回收將在火箭乘降落傘落入海中之后進行，最終計劃利用直升機在火箭乘翼傘下落的過程中于半空中實施抓取回收。該公司在去年底和今年初的兩次發(fā)射后對火箭第一級進行了受控引導再入試驗，證明一級火箭能夠在再入大氣過程中保存下來。

再次，“火箭實驗室”自建了可以進行高頻發(fā)射的發(fā)射場。由于火箭實驗室的設計發(fā)射頻次太高，在美國將面臨更復雜和更長的審批手續(xù)，因此該公司在新西蘭建設了發(fā)射場。為此還推動新西蘭設立了國家航天局，通過了《外層空間活動法》。該公司眼下在新西蘭瑪希亞半島上使用的發(fā)射臺稱為“1A號發(fā)射設施”，每年有120次可用的發(fā)射機會?，斚啺雿u還有一座發(fā)射臺在建，稱為“1B號發(fā)射設施”。作為新西蘭發(fā)射場的補充，還在美國弗吉尼亞州沃洛普斯島中大西洋航天港新建了“2號發(fā)射設施”，預計在今年執(zhí)行首飛。另外，“火箭實驗室”的戰(zhàn)略投資方、大股東洛·馬公司還在考慮使用英國蘇格蘭的薩瑟蘭航天港來發(fā)射電子號火箭。

▲ “電子號”部段

▲ “電子號”衛(wèi)星拼單

經(jīng)過大量的努力，火箭實驗室公司終于在2020年6月創(chuàng)下了電子號火箭兩次發(fā)射間隔時間最短的紀錄，兩次發(fā)射間隔只有22天。自此，電子號火箭正式邁入了每月1次的高頻發(fā)射模式。

已經(jīng)很小了但還是要拼單

盡管進行了大量針對小衛(wèi)星市場的專門設計，但電子號火箭的商業(yè)前景也并非一片坦途。這就是小衛(wèi)星發(fā)射市場自身的獨特之處，即競爭對手眾多。阿里安公司利用“阿里安6”和織女星火箭，國際發(fā)射服務公司利用聯(lián)盟號火箭，商業(yè)航天領(lǐng)袖太空探索技術(shù)公司利用獵鷹9號火箭等等，都開始下場爭奪日漸發(fā)展壯大的小衛(wèi)星發(fā)射市場分額。而且，更多的后來者也在加入，目前世界上在研的小運載火箭據(jù)統(tǒng)計已達大約130種。在這種情況下，火箭實驗室公司的電子號運載火箭也不得不做起了“拼單”發(fā)射的生意。

說起來，拼單也是一門好生意，其原因有二。一是拼單可以充分利用運載火箭的“剩余價值”。一般來說，為了容忍研制的不確定性，主衛(wèi)星載荷往往不會按照運載火箭的全部運載能力來設計，那實際發(fā)射時通常會剩余下來的運載能力就成為“無本萬利”的肥肉了。二是拼單可以實現(xiàn)廉價小衛(wèi)星的聯(lián)手闖天涯?！捌窜嚒蓖浅鞘小皩沤z”們的選擇，在衛(wèi)星界也不例外。為了盡量降低進入太空的發(fā)射成本，廉價小衛(wèi)星也愿意結(jié)伴一起發(fā)射。

▲ 光子號平臺

在這樣的“拼車”市場前景之下，甚至催生出了多個專門搞衛(wèi)星“拼車”的中介公司。美國太空飛行公司就是這樣一個從事衛(wèi)星拼單發(fā)射經(jīng)紀業(yè)務的公司。小衛(wèi)星往往對發(fā)射成功率不會那么在意，因為本來就是做試驗，所以在電子號火箭還沒有實現(xiàn)成功發(fā)射之時，中介公司就上了門。太空飛行公司早在2017年就訂購了電子號火箭的一次專用發(fā)射。

在電子號火箭成功發(fā)射之后，太空飛行公司立馬就在2018年6月11日同火箭實驗室公司簽訂合同，一下子成為電子號運載火箭3次發(fā)射的主要客戶。太空飛行公司買下了這3次發(fā)射的絕大部分運載能力，取得了進度安排的掌控權(quán)。

除了借助專門的拼車中介公司，火箭實驗室自己也在搭建成交平臺，吸引的客戶就是衛(wèi)星創(chuàng)企的小衛(wèi)星?；鸺龑嶒炇以谄涔揪W(wǎng)站上建立了比較便捷的方式，小衛(wèi)星用戶可以在其上訂購發(fā)射機會，選擇搭載發(fā)射還是專享發(fā)射，并提交簡單的需求。

▲ 總裝中的電子號火箭

▲ 盧瑟福發(fā)動機

在拼單共享的路上一路狂奔

除了拼單衛(wèi)星之外，火箭實驗室的電子號運載火箭還進一步打起了衛(wèi)星有效載荷拼單的主意。從2018年1月開始，火箭實驗室公司就已經(jīng)成功發(fā)射了帶有“居里”變軌級（Curie Kick Stage）的電子號火箭，但從未正式聲明其意圖。

在2019年的一次航天研討會上，火箭實驗室公司聲明，即將基于“居里”變軌級研制“光子”衛(wèi)星平臺，但不包括平臺上載荷?！肮庾印逼脚_能讓用戶在上面安裝對地觀測相機和通信設備等各類有效載荷，而且能比自造衛(wèi)星更快地把有效載荷送入軌道。它打算藉此提供一項端到端的全鏈條服務，包括用電子號火箭發(fā)射，還包括承擔有效載荷公用衛(wèi)星平臺運行工作的選項。

火箭實驗室公司的這個一體化理念對創(chuàng)企來說將更高效，風險也更小。航天創(chuàng)企不僅能用上已得到證明的一款火箭，還能用上已得到證明的一款共用衛(wèi)星平臺，從而無需花任何時間來研制衛(wèi)星，也無需承擔任何風險就能讓空間應用載荷入軌。

每個“光子”平臺可承載重達170千克的有效載荷。電子號火箭每次發(fā)射一個該型平臺，每個平臺可攜帶多個有效載荷?！肮庾印毙l(wèi)星平臺特別適合于開展技術(shù)驗證任務，能讓用戶在建設更大的星座之前快速地送有效載荷上天進行試驗。目前火箭實驗室公司把亨廷頓海灘工廠約一半的空間留下用于“光子”平臺的生產(chǎn)。

拼單路漫漫，讓我們祝福電子號火箭在拼單這條路上越走越好！