ABL:把火箭裝進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱

文/松堂

ABL航天系統(tǒng)公司（ABL），企業(yè)成立于2017年，號(hào)稱要成為小火箭發(fā)射市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。如今看來(lái)，至少在創(chuàng)業(yè)階段，ABL公司的領(lǐng)導(dǎo)夢(mèng)是破滅了。這家企業(yè)目前只有一個(gè)火箭型號(hào)，稱為RS1，是一種垂直起飛的兩級(jí)火箭。該火箭刻意設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，適合高速制造和流線型發(fā)射操作。

和諸多火箭創(chuàng)業(yè)公司一樣，ABL總部位于加利福尼亞州，火箭的主要分系統(tǒng)都能自行生產(chǎn)。

RS1火箭的最大發(fā)射能力是近地軌道1350千克，具體發(fā)射價(jià)格還沒(méi)有公布。但是該公司自稱，只有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的幾分之一。這已經(jīng)成為小型火箭開(kāi)發(fā)商的標(biāo)準(zhǔn)用語(yǔ)了。

不過(guò)ABL也算有一些絕活。它發(fā)明了一種叫做GS0的100%集裝箱化發(fā)射解決方案，哪怕沒(méi)有像樣的發(fā)射場(chǎng)，也可以支持發(fā)射活動(dòng)。

▲ ABL公司的電子設(shè)備生產(chǎn)線

▲ ABL公司的發(fā)射場(chǎng)和總部分布

▲ RS1火箭的結(jié)構(gòu)

RS1火箭結(jié)構(gòu)

RS1采用可二次點(diǎn)火的二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，增加了有效載荷部署的靈活性。其實(shí)，多數(shù)發(fā)射任務(wù)需要二級(jí)二次點(diǎn)火。通過(guò)這種二次點(diǎn)火任務(wù)設(shè)計(jì)，RS1能夠?qū)?70千克的載荷部署到500千米的太陽(yáng)同步軌道。

傳統(tǒng)上，小型火箭僅僅針對(duì)近地軌道和太陽(yáng)同步軌道，但是ABL決心用小型火箭向中地球軌道（MEO）甚至地球靜止軌道（GEO）發(fā)起挑戰(zhàn)。要達(dá)到這樣高的軌道，RS1要進(jìn)行更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，比如二級(jí)第一次關(guān)機(jī)后要滑行更長(zhǎng)時(shí)間。根據(jù)ABL計(jì)算，RS1可攜帶約700千克載荷抵達(dá)8000千米高的MEO橢圓轉(zhuǎn)移軌道，攜帶320千克載荷到地球同步轉(zhuǎn)移軌道。

RS1的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有特殊之處，第一級(jí)使用九臺(tái)E2發(fā)動(dòng)機(jī)海平面版，第二級(jí)使用一臺(tái)E2發(fā)動(dòng)機(jī)真空版，采用液氧煤油燃料。RS1完全集成后直徑為1.8米，長(zhǎng)26.4米。和電子號(hào)火箭不同的是，RS1完全采用鋁合金結(jié)構(gòu)，包括箭體和燃料罐。

按照ABL的說(shuō)法，RS1的特色在于細(xì)節(jié)。首先在RS1組件和增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，考慮了簡(jiǎn)化操作，可實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)和發(fā)射程序簡(jiǎn)化?；鸺系暮诫娤到y(tǒng)高度模塊化，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試以確保可靠性，排除了單機(jī)測(cè)試的需求。

級(jí)間分離、整流罩分離和有效載荷分離都不采用傳統(tǒng)的火工品，而是機(jī)械式冷分離。這樣可以簡(jiǎn)化發(fā)射前的準(zhǔn)備工作，最大限度地減少有效載荷沖擊環(huán)境，并提高任務(wù)保障。以整流罩分離為例，其采用分體式滑閥裝置和彈簧。發(fā)射前，整流罩的兩瓣通過(guò)幾個(gè)電動(dòng)壓緊和釋放機(jī)構(gòu)（HDRM）結(jié)合在一起。具體采用的是一種商業(yè)現(xiàn)貨HDRM，在多個(gè)型號(hào)的現(xiàn)役運(yùn)載火箭上使用過(guò)。分離時(shí)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)HDRM來(lái)把整流罩分開(kāi)，4個(gè)彈簧推進(jìn)器再把整流罩用力向兩邊推開(kāi)，以整流罩底部附近的鉸鏈為中心旋轉(zhuǎn)到一定程度后，從火箭上分離。

一二級(jí)分離時(shí)，第一級(jí)先關(guān)機(jī)，然后由環(huán)形設(shè)置在一二級(jí)之間的6個(gè)等距機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分離。每個(gè)機(jī)構(gòu)由一個(gè)氣動(dòng)機(jī)械鎖閂和一個(gè)氣動(dòng)推桿組成。與整流罩分離機(jī)構(gòu)不同的是，所有級(jí)分離機(jī)構(gòu)都是ABL在公司內(nèi)部設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試的。

為了便于運(yùn)輸和裝卸操作，所有RS1組件都可以用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱收納。

3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)

E2發(fā)動(dòng)機(jī)是ABL公司自行開(kāi)發(fā)的，包括渦輪泵、主推進(jìn)劑閥、推力室組件和燃?xì)獍l(fā)生器。這使ABL能夠完全規(guī)避專利問(wèn)題，自主升級(jí)。ABL在內(nèi)部加工和打印大部分E2發(fā)動(dòng)機(jī)零件，最大限度地減少設(shè)計(jì)制造反饋回路。這提供了對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的嚴(yán)格控制，以及隨時(shí)擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)制造規(guī)模的能力。

它的設(shè)計(jì)重點(diǎn)圍繞著一個(gè)“簡(jiǎn)”字展開(kāi)，大量使用3D打印等快速成型技術(shù)。E2發(fā)動(dòng)機(jī)采用燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)，真空推力達(dá)到13000磅。一級(jí)和二級(jí)采用同樣的核心機(jī)。

3D打印的好處，是優(yōu)化部件結(jié)構(gòu)，減少制造步驟，提高生產(chǎn)效率。這種工藝，使得ABL這樣的小型企業(yè)能夠用比較簡(jiǎn)單的設(shè)備生產(chǎn)具有復(fù)雜內(nèi)部流體通道的部件，不需要復(fù)雜的連接工藝。

制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制

ABL的制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制（GNC）系統(tǒng)架構(gòu)，采用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）和慣性測(cè)量單元（IMU）傳感器數(shù)據(jù)的集成，用推力矢量控制（TVC）和冷氣反作用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制。

導(dǎo)航軟件中特意設(shè)置了簡(jiǎn)化操作模式，在改變?nèi)蝿?wù)剖面和發(fā)射場(chǎng)位置時(shí)，只要修改很少數(shù)量的配置參數(shù)就能實(shí)現(xiàn)。

▲ RS1火箭的發(fā)射裝置較為簡(jiǎn)潔