中国首枚民营火箭成功发射:核心产品全自主研制

2018年05月27日 13:31:43 来源:中国新闻

  原标题:幕后:核心产品全自主研制

  5月17日7时33分31秒,中国首枚民营自研商业火箭OS-X型“重庆两江之星”号,在中国西北某基地点火升空。

发射现场。视频截图

  “重庆两江之星”号火箭设计制造商零壹空间总裁马超和航空工业沈阳所副所长林鹏共同宣布,光学测量、雷达测量和遥感测控一切正常,达到预定试验要求,可靠获取全部重要试验数据,试验成功。

  据马超介绍,“重庆两江之星”为零壹空间OS-X系列的首型火箭。该火箭长度9米,总重7200kg,全程大气层内飞行,最大高度约38.7km,最大速度超过5.7倍音速,飞行时间306s,飞行距离273km。零壹空间自主掌握固体火箭发动机技术,发动机推力达到350kN,能够为客户载荷实现0~20马赫的飞行速度。本次首飞载荷的客户是航空工业沈阳所。

  据马超介绍,在本次飞行试验中,火箭进行了国内首次“减阻杆”、“低成本能源”、“箭上无线通讯”等创新技术的研究,为简化火箭系统设计、降低研制成本打下了坚实基础:以箭上无线通讯技术为例,将火箭从“有线网络”带入“无线WIFI”的新时代,该项技术可以减少箭上电气系统设备50%的重量。

  “重庆两江之星”号是如何设计出来的,有哪些亮点,民营企业进入商业航天领域会带来哪些变量?首飞前一天的5月16日,澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者对零壹空间总体控制部总监李云鹏进行了独家专访。

  李云鹏告诉澎湃新闻记者,OS-X型火箭整个研制过程经历了近1年时间,其中主要分为两个阶段:一是方案阶段,对总体和各分系统的方案进行论证设计;二是工程阶段,主要包括产品投产和相关大型实验。

  他介绍,OS-X型火箭的构型是一个一级固体火箭,主要是用于先进空天技术的验证飞行试验。

  关于该火箭在国内外同等火箭中处于怎样的水平,李云鹏表示,很难类比,因为国内外很少有瞄准飞行试验市场的火箭。

  他介绍,目前,国内有很多研究机构和高校都有进行飞行试验的需求,但过去这种机会很难得,只能向传统国企寻求机会,但因为没有专门团队和产品做这个事,就算通过各种协调得到这个机会,整个周期也会很长、成本会非常高。他举例称,比如X系列成本大概在1000万左右,用以前入轨的火箭成本最便宜也得6000万左右,而便宜的探空火箭因为没有控制系统、没有那么大适应能力,也无法满足有特定弹道需求的客户。因此,OS-X型火箭的出现,真正填补了这块市场的空白。

  李云鹏介绍,此次发射的火箭从总体设计到分系统设计,到重要单机产品设计,包括发动机、电机系统中的核心产品中控器,都是自主研制。

  此外,零壹空间几乎覆盖了火箭发射的全过程,“大型地面实验,大部分由我们出方案、组织实施,所有装备工作,包括发射场的发射、测试工作都由我们自己完成,自主知识产权很高;结构上,所有图纸、每个螺钉都是自己设计;其中有些选择外包,比如电机系统里有些单机,因为在市场上已经非常成熟,没有必要自己设计;但其中非常关键的做飞行控制的中控机是自己研制,其他的一些传感器则会采用外购。”

  值得注意的是,OS-X型火箭可以根据客户需求(比如运载能力大小、弹道选择、载荷尺寸等)进行定制化设计。

  对于定制化的范围,李云鹏介绍,X系列火箭试验的微重力时间可达600秒,试验高度窗口在10千米至1000千米,临近空间试验速度窗口最大可达15马赫,主载荷重量最大可达2吨,主载荷几何尺寸最大可达8米×3米×3米。如果达到最大尺寸载荷,可采用并联方式安装;如果载荷较小,可在火箭头部采用串联方式安装,都可灵活配置。

  此外,X系列火箭的控制机构选择有燃气舵和空气舵,包括零壹自研的姿控动力系统,“这些都可以根据用户需要的飞行弹道,在我们对需要的控制能力进行评估后,进行灵活配置。”

  李云鹏对X系列火箭的先进性概括为两点:

  李云鹏表示,电机系统的集成化实现了火箭的配套设备数量大幅减少。整个系统规模,包括火箭上电气设备之间互联互通的电缆网规模也大大降低。一方面,这直接降低了配套成本,另一方面也提升了运载能力。此外,电机的集成化也简化了整个试验周期,包括占用发射场的时间资源也会减少,这三点对于商业化运行的火箭非常关键。

  值得注意的是,李云鹏还提到,此次发射的火箭上还搭载验证无线收发技术,主要是为将来做无线火箭做准备,“现在火箭上信号传输主要还是通过有线模式,我们想通过这次搭载飞行对这个领域进行一些探索,如果将来能实现这个技术,可以进一步把电机系统的成本重量大幅下降。”

  第二点,是火箭上还进行了减阻杆测试。李云鹏介绍,减阻杆主要负责减阻降热,主要在飞行过程中可起到减小阻力、降低热流的作用。目前这个技术在国外一些型号里有过一些应用,但在国内还没有工程应用,因此此次做这个测试,也是相当于对工程效能进行评估,获得一些数据,填补国内这方面研究的空白。

  此次首飞的X系列火箭所搭载的是零壹自研固体火箭发动机。

  对此,李云鹏介绍,和液体发动机相比,固体发动机的优势在于使用起来比较简便,对地面依赖比较少,而液体发动机需要加注和大规模的地面系统。此外,相比其他固体发动机,X系列的发动机研制周期更短,成本更低。

  如何做到这两点?李玉鹏表示,原因在于公司的研发架构呈扁平化模式,研发部门之间的层级基本没有,基本上都直接对总设计师负责,公司也基本上以设计为主,“去行政化的管理模式,相当于减少了很多的部门之间的接口,包括管理过程中的上传下达。”第二,是自主化程度高,很多结构都自主设计,这也使得各个技术产品之间互相配合比较有自主权,省去了很多和外部协调的时间。

  在火箭总装后,首飞前,火箭经历了总检查的测试,包括模拟飞行总检查、发射流程总检查,箭体进行了热密封,发射台进行了安装和定向。

  在发射当天,火箭被转运到发射阵地,吊装到发射台上。发射前,经历了大概十分钟左右的简单测试。

  在按下发射按钮之后,火箭便开始了自己的试验任务。

  李云鹏介绍,此次首飞任务中,有对音爆的测试,其中音爆是阻碍超高速客机发展的重大技术问题,借助这次飞行测试,团队会在火箭飞行过程中在航区进行音爆测试。在飞行过程中,会有遥测数据的下传,团队也可实时看到。

  此外,发射场还将完成光学测量、雷达测量。在落区,也有人员对残骸进行搜寻。飞行完成后会对遥测数据进行初步判断,快速判定发射是否成功,之后对数据进行详细分析。

  除了两项由客户委托的减阻杆测试和音爆测试,此次首飞的火箭上面还搭载了零壹自己的东西,主要考虑是为以后做技术储备,“比如火箭上的无线收发,还做了一些在火箭上用的电池。”

  火箭发射安全性:配备自主安控系统,一旦失控将采取措施让火箭直接掉在安全区

  对此,李云鹏表示,火箭的安全性是一个很大课题。X系列火箭在整个设计过程中就一直在做安全性设计和分析,囊括在地面使用的过程中运输、存储、总装、测试等,“在保证测试人员安全的前提下,我们都严格遵循国家标准、行业标准,这些标准都有详细的对各个阶段的操作规范。”

  对于此次首飞,李云鹏表示,航区(航线飞行区域)安全、首区(发射区域)安全,都经过了详细的计算,对落点范围的掌控也进行了详细的仿真计算。据悉,此次设置首区安全区的半径为150米,测试人员都在一公里之外,发射场和落区也进行了清场。

  值得注意的是,一旦火箭发生意外情况,也有相关兜底性措施。李云鹏介绍,此次火箭上配备有自主安控系统,具有主动安控功能,一旦火箭在飞行过程中失控,有飞出安全区的趋势,安控系统会主动采取措施让火箭直接掉下来,掉在安全区内。

  李云鹏表示,“每次发射,发射场和主管机关最关心的也是安全性,会进行一个详细的评审,有严格管控,涉及到的是整个流程。”

  不过,目前中国国内对民营企业参与商业航天还未出台相关明确监管条例。对此,李云鹏认为,应当通过立法来规范,他透露,国内现在这块领域的立法,有关部门正在进行。

  据了解,目前在实际操作过程中,民企一般会遵循国企模式,安全性由国家主管部门包括发射场评估,监测飞行距离等测控资源也在国家单位手里掌控,一些外弹道测量、光测、雷测基本上都是国有监控资源。

  近年来,一直担任中国航天“国家队”角色的中国航天科技集团、航天科工集团,纷纷面向商业航天市场,丰富了火箭产品型谱,并推出了新的商业服务模式。因此,有声音提出,“国家队”有技术有实力,已经做得很完善了,在航天领域从零起步的民企是否有介入的必要?

  对此,李云鹏认为,民企实际上是国家队的有力补充。“民企整个的机制更加灵活,可以更多吸引社会资本,能承担一些商业化程度更高的任务,也可以更加主动得挖掘市场需求。比如X系列市场,以前没有人做,我们作为民企,在这块市场需求这块会更加主动,有利于航天走向大众。很多东西最终繁荣起来,还是商业化的模式比较能刺激发展。”

  目前,零壹空间引入的机构股东包括重庆两江航投集团、哈工大机器人集团、正轩投资、春晓资本、联想之星、前海梧桐并购基金、鸿泰基金、招商局创投、前海万得、通江资本等,累计融资近 5 亿元。其中,哈工大机器人集团是哈尔滨工业大学联合黑龙江省政府、哈尔滨市政府成立的智能装备集团;正轩投资是比亚迪联合创始人创立的高科技领域投资机构。

张义凌

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