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中國首枚民營自研商業火箭成功發射幕後:核心產品全自主研製

原標題:中國首枚民營自研商業火箭成功發射幕後:核心產品全自主研製

5月17日7時33分31秒,中國首枚民營自研商業火箭OS-X型「重慶兩江之星」號,在中國西北某基地點火升空。

發射現場。視頻截圖

「重慶兩江之星」號火箭設計製造商零壹空間總裁馬超和航空工業瀋陽所副所長林鵬共同宣佈,光學測量、雷達測量和遙感測控一切正常,達到預定試驗要求,可靠獲取全部重要試驗數據,試驗成功。

據馬超介紹,「重慶兩江之星」為零壹空間OS-X系列的首型火箭。該火箭長度9米,總重7200kg,全程大氣層內飛行,最大高度約38.7km,最大速度超過5.7倍音速,飛行時間306s,飛行距離273km。零壹空間自主掌握固體火箭發動機技術,發動機推力達到350kN,能夠為客戶載荷實現0~20馬赫的飛行速度。本次首飛載荷的客戶是航空工業瀋陽所。

據馬超介紹,在本次飛行試驗中,火箭進行了國內首次「減阻杆」、「低成本能源」、「箭上無線通訊」等創新技術的研究,為簡化火箭系統設計、降低研製成本打下了堅實基礎:以箭上無線通訊技術為例,將火箭從「有線網絡」帶入「無線WIFI」的新時代,該項技術可以減少箭上電氣系統設備50%的重量。

「重慶兩江之星」號是如何設計出來的,有哪些亮點,民營企業進入商業航天領域會帶來哪些變量?首飛前一天的5月16日,澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者對零壹空間總體控制部總監李雲鵬進行了獨家專訪。

火箭研製歷經一年,瞄準飛行試驗細分市場

李雲鵬告訴澎湃新聞記者,OS-X型火箭整個研製過程經歷了近1年時間,其中主要分為兩個階段:一是方案階段,對總體和各分系統的方案進行論證設計;二是工程階段,主要包括產品投產和相關大型實驗。

他介紹,OS-X型火箭的構型是一個一級固體火箭,主要是用於先進空天技術的驗證飛行試驗。

關於該火箭在國內外同等火箭中處於怎樣的水平,李雲鵬表示,很難類比,因為國內外很少有瞄準飛行試驗市場的火箭。

類似的國外同類型火箭——美國小型運載火箭開發商時代軌道發射服務公司(Generation Orbit Launch Services)的GO1火箭將在2019年首飛。對此,李雲鵬稱,「儘管前者聲稱自己是首個商業飛行試驗平台,但很明顯,我們的X系列才是真正首個,我們在2018年就要進行商業運營,並完成三發飛行。可以說,我們現在是世界上進度最快的,相當於在商業模式上填補了這塊空白。」

他介紹,目前,國內有很多研究機構和高校都有進行飛行試驗的需求,但過去這種機會很難得,只能向傳統國企尋求機會,但因為沒有專門團隊和產品做這個事,就算通過各種協調得到這個機會,整個周期也會很長、成本會非常高。他舉例稱,比如X系列成本大概在1000萬左右,用以前入軌的火箭成本最便宜也得6000萬左右,而便宜的探空火箭因為沒有控制系統、沒有那麼大適應能力,也無法滿足有特定彈道需求的客戶。因此,OS-X型火箭的出現,真正填補了這塊市場的空白。

核心產品全自主研製,火箭可實現定製化

李雲鵬介紹,此次發射的火箭從總體設計到分系統設計,到重要單機產品設計,包括發動機、電機系統中的核心產品中控器,都是自主研製。

此外,零壹空間幾乎覆蓋了火箭發射的全過程,「大型地面實驗,大部分由我們出方案、組織實施,所有裝備工作,包括發射場的發射、測試工作都由我們自己完成,自主知識產權很高;結構上,所有圖紙、每個螺釘都是自己設計;其中有些選擇外包,比如電機系統里有些單機,因為在市場上已經非常成熟,沒有必要自己設計;但其中非常關鍵的做飛行控制的中控機是自己研製,其他的一些傳感器則會採用外購。」

值得注意的是,OS-X型火箭可以根據客戶需求(比如運載能力大小、彈道選擇、載荷尺寸等)進行定製化設計。

對於定製化的範圍,李雲鵬介紹,X系列火箭試驗的微重力時間可達600秒,試驗高度窗口在10千米至1000千米,臨近空間試驗速度窗口最大可達15馬赫,主載荷重量最大可達2噸,主載荷幾何尺寸最大可達8米×3米×3米。如果達到最大尺寸載荷,可採用並聯方式安裝;如果載荷較小,可在火箭頭部採用串聯方式安裝,都可靈活配置。

此外,X系列火箭的控制機構選擇有燃氣舵和空氣舵,包括零壹自研的姿控動力系統,「這些都可以根據用戶需要的飛行彈道,在我們對需要的控制能力進行評估後,進行靈活配置。」

電機系統集成化設計,首次進行減阻杆測試

李雲鵬對X系列火箭的先進性概括為兩點:

第一點,是電機系統採用集成化、一體化設計。其中,電機系統的核心產品中控機,相當於集成了控制系統的幾個單機——持續控制、飛行控制解算、GPS接收、供配電、測量系統數據採集和編碼調製等,這些工作都集成到一個設備里,重量卻只有1.8公斤。

李雲鵬表示,電機系統的集成化實現了火箭的配套設備數量大幅減少.整個系統規模,包括火箭上電氣設備之間互聯互通的電纜網規模也大大降低。一方面,這直接降低了配套成本,另一方面也提升了運載能力。此外,電機的集成化也簡化了整個試驗周期,包括佔用發射場的時間資源也會減少,這三點對於商業化運行的火箭非常關鍵。

值得注意的是,李雲鵬還提到,此次發射的火箭上還搭載驗證無線收發技術,主要是為將來做無線火箭做準備,「現在火箭上信號傳輸主要還是通過有線模式,我們想通過這次搭載飛行對這個領域進行一些探索,如果將來能實現這個技術,可以進一步把電機系統的成本重量大幅下降。」

第二點,是火箭上還進行了減阻杆測試。李雲鵬介紹,減阻杆主要負責減阻降熱,主要在飛行過程中可起到減小阻力、降低熱流的作用。目前這個技術在國外一些型號里有過一些應用,但在國內還沒有工程應用,因此此次做這個測試,也是相當於對工程效能進行評估,獲得一些數據,填補國內這方面研究的空白。

固體發動機:研製周期短、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動機。

對此,李雲鵬介紹,和液體發動機相比,固體發動機的優勢在於使用起來比較簡便,對地面依賴比較少,而液體發動機需要加注和大規模的地面系統。此外,相比其他固體發動機,X系列的發動機研製周期更短,成本更低。

如何做到這兩點?李玉鵬表示,原因在於公司的研發架構呈扁平化模式,研發部門之間的層級基本沒有,基本上都直接對總設計師負責,公司也基本上以設計為主,「去行政化的管理模式,相當於減少了很多的部門之間的接口,包括管理過程中的上傳下達。」第二,是自主化程度高,很多結構都自主設計,這也使得各個技術產品之間互相配合比較有自主權,省去了很多和外部協調的時間。

火箭首飛任務:進行音爆測試、光測和雷測

在火箭總裝後,首飛前,火箭經歷了總檢查的測試,包括模擬飛行總檢查、發射流程總檢查,箭體進行了熱密封,發射台進行了安裝和定向。

在發射當天,火箭被轉運到發射陣地,吊裝到發射台上。發射前,經歷了大概十分鐘左右的簡單測試。

在按下發射按鈕之後,火箭便開始了自己的試驗任務。

李雲鵬介紹,此次首飛任務中,有對音爆的測試,其中音爆是阻礙超高速客機發展的重大技術問題,藉助這次飛行測試,團隊會在火箭飛行過程中在航區進行音爆測試。在飛行過程中,會有遙測數據的下傳,團隊也可實時看到。

此外,發射場還將完成光學測量、雷達測量。在落區,也有人員對殘骸進行搜尋。飛行完成後會對遙測數據進行初步判斷,快速判定發射是否成功,之後對數據進行詳細分析。

除了兩項由客戶委託的減阻杆測試和音爆測試,此次首飛的火箭上面還搭載了零壹自己的東西,主要考慮是為以後做技術儲備,「比如火箭上的無線收發,還做了一些在火箭上用的電池。」

火箭發射安全性:配備自主安控系統,一旦失控將採取措施讓火箭直接掉在安全區

每當有火箭發射,安全性就是公眾最為關注的話題。

對此,李雲鵬表示,火箭的安全性是一個很大課題。X系列火箭在整個設計過程中就一直在做安全性設計和分析,囊括在地面使用的過程中運輸、存儲、總裝、測試等,「在保證測試人員安全的前提下,我們都嚴格遵循國家標準、行業標準,這些標準都有詳細的對各個階段的操作規範。」

對於此次首飛,李雲鵬表示,航區(航線飛行區域)安全、首區(發射區域)安全,都經過了詳細的計算,對落點範圍的掌控也進行了詳細的仿真計算。據悉,此次設置首區安全區的半徑為150米,測試人員都在一公里之外,發射場和落區也進行了清場。

值得注意的是,一旦火箭發生意外情況,也有相關兜底性措施。李雲鵬介紹,此次火箭上配備有自主安控系統,具有主動安控功能,一旦火箭在飛行過程中失控,有飛出安全區的趨勢,安控系統會主動採取措施讓火箭直接掉下來,掉在安全區內。

李雲鵬表示,「每次發射,發射場和主管機關最關心的也是安全性,會進行一個詳細的評審,有嚴格管控,涉及到的是整個流程。」

不過,目前中國國內對民營企業參與商業航天還未出台相關明確監管條例。對此,李雲鵬認為,應當通過立法來規範,他透露,國內現在這塊領域的立法,有關部門正在進行。

據了解,目前在實際操作過程中,民企一般會遵循國企模式,安全性由國家主管部門包括發射場評估,監測飛行距離等測控資源也在國家單位手裏掌控,一些外彈道測量、光測、雷測基本上都是國有監控資源。

民企介入優勢

近年來,一直擔任中國航天「國家隊」角色的中國航天科技集團、航天科工集團,紛紛面向商業航天市場,豐富了火箭產品型譜,並推出了新的商業服務模式。因此,有聲音提出,「國家隊」有技術有實力,已經做得很完善了,在航天領域從零起步的民企是否有介入的必要?

對此,李雲鵬認為,民企實際上是國家隊的有力補充。「民企整個的機制更加靈活,可以更多吸引社會資本,能承擔一些商業化程度更高的任務,也可以更加主動得挖掘市場需求。比如X系列市場,以前沒有人做,我們作為民企,在這塊市場需求這塊會更加主動,有利於航天走向大眾。很多東西最終繁榮起來,還是商業化的模式比較能刺激發展。」

目前,零壹空間引入的機構股東包括重慶兩江航投集團、哈工大機械人集團、正軒投資、春曉資本、聯想之星、前海梧桐併購基金、鴻泰基金、招商局創投、前海萬得、通江資本等,累計融資近 5 億元。其中,哈工大機械人集團是哈爾濱工業大學聯合黑龍江省政府、哈爾濱市政府成立的智能裝備集團;正軒投資是比亞迪聯合創始人創立的高科技領域投資機構。


本文來源:http://tech.ifeng.com/a/20180517/44994557_0.shtml




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