軍民兩用技術創新的鮮活案例

姜疆

面對不斷增長的空間資源開發以及競爭日益激烈的商業航天發射需求，快速進入空間和應用空間已經成為各航天大國競相爭奪的新領域。正是在小衛星蓬勃發展、快速響應航天概念深入人心、固體動力技術不斷進步等力量的共同牽引之下，我國商用火箭應運而生。憑著巨大的市場需求、強勁的技術競爭力和發展潛能、逐步降低的發射成本，以及政府的大力支持。中國商用火箭必將開辟出商業航天產業一片新藍天，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航天市場

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

當今世界主要航天國家和組織都在大力推進商業航天發展。有研究顯示，商業航天領域每投入1美元，可拉動7-14美元的回報（2015年數據）。

火箭發射運載服務，僅是商業航天范疇的一部分，不過卻幾乎是所有航天商業應用場景的起點，也是目前商業航天最旺的部分。

目前，全球商業航天發射領域，歐美公司（Boeing）仍占主流，尤其是在美國，除波音公司等傳統巨頭，在空間運輸、衛星遙感等領域，涌現出了以美國太空探索技術公司（Space X）、美國軌道科學公司（Orbital Science）為代表的一批商業航天公司。同時，一些大型互聯網企業進軍航天領域，也為該領域帶來了新思維、新理念與新模式。信息顯示，國內外商業航天企業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，中國在全球航天發射市場上自然不會也不應缺席。今年我國成立的商業火箭公司——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航天領域，在這條“航”路上全力開“火”，憑著強勁的技術競爭力，逐步降低的發射成本，將開辟出商業航天產業一片新藍天，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，具有較強的任務適應性。

與使用液體燃料的傳統大型火箭不同，“長征十一號”以固體燃料作為發動機推進劑，這樣的好處是能實現全箭整體儲存、高效快速發射，從而使發射成本大為降低。“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的載荷，和不同軌道的靈活多樣的發射需求，而且可實現多發連續高密度發射。作為國內首型兼任多種發射形式的固體運載火箭，“長征十一號”對發射場的保障條件也要求相對較低。

“長征十一號”有著“快速響應利箭”之稱，接到任務命令后，可在24小時內完成星箭技術準備和發射任務，實現衛星快速組網和補網。在此次的發射任務中，“長征十一號”就證明了其具備星箭快速對接、全箭整體儲存和發射場快速發射的能力，尤其是具備完成星箭對接后，在發射場上能夠全天候條件下數小時內完成發射的能力。

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

曾于2013年和2014年先后勝利搭載發射衛星進入太空的“快舟一號”火箭，具有快速集成、快速入軌等創新特點。“快舟一號”的成功發射亦驗證了其“太空快速響應”的能力，一旦需要，可以在幾天甚至幾小時內將衛星發射上天。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、經濟等特點，備受商業航天領域的青睞。

“快舟”火箭正是著眼商業航天概念的一款產品，自誕生之時，快速、靈活、經濟的特點就讓其與商業航天結下不解之緣。與傳統火箭相比，“快舟”火箭在總體設計思想與理念上創新極大。

“快舟”火箭也以固體燃料作為發動機推進劑，發射成本大為降低，在發射場的時間也大為壓縮。發射時間的極大縮短同樣得益于發射方式的轉變，不同于傳統液體火箭需要復雜的固定發射架來進行發射，“快舟”火箭通過機動性強的發射車就可以發射，發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。據了解，“快舟”火箭只需不超過10個人就可執行發射（包含司機和指揮人員），接到指令摁下發射按鈕即可，能夠滿足衛星商業化高密度、快速發射的需求。

中國商用火箭的發展前景和自身潛力

近年來，全球航天產業發展迅速，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……不難預見，航天業有望迎來飛躍式發展。

同時，由于經濟和社會的不斷發展進步，特別是商業領域的增長潛力，加之國家政策的鼓勵，原本由政府主導的“高大上”的航天產業正在變得“接地氣”，逐步走向大眾，并最終走向“尋常百姓家”。

據今年6月美國航天基金會發布的《2016年航天報告》顯示，2015年全球航天經濟總量達3353億美元，其中商業航天活動占比76%，總計2460億美元，并且還將進一步擴大。這股商業航天“運動”，進場的有火箭商業化運作的國家隊，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，全球范圍內航天領域的從業公司數量增長了近十倍。Boeing、OneWeb、SpaceX等都分別發布了自己的小衛星星座計劃，Google、FaceBook、騰訊、阿里等互聯網巨頭也正在積極參與其中。很多商業航天企業采取或多種火箭型號搭配、或重復使用等策略，籌劃低成本的“太空速遞”網絡；同時，推動著航天技術在商業飛行服務、衛星運營、地面游樂園等場景中的應用，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確定有數百位預定旅客和數千人購票意向。

在這樣的背景下，近年來，市場對商業衛星發射的需求也越來越強烈。據不完全統計，2016年，全球進行商業發射36次。而未來全球商業衛星發射市場的需求繼續保持強勁，有關測算顯示，2016年至2020年，全球每年發射的1kg-50kg小衛星數量將超過200顆，預計2020年將達到410顆。

僅就我國來講，此前有研究預計，到2020年，中國商業太空活動每年的市場價值將達到300億元。隨著衛星研制的技術門檻不斷降低，國家鼓勵民營企業參與航天經濟，越來越多的企業將參與到商業微小衛星的生產中。業內人士認為，未來我國商業衛星發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和鼓舞作用，民企衛星發射熱情有望持續高漲。

近日，阿里的相關負責人就宣布，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月發射全球首顆電子商務衛星“聚劃算號”商務衛星。“聚劃算號”將主要用于電商消費數據分析，例如利用衛星功能拍照監測全球農業種植和收獲情況，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、科研院所紛紛提出了自己的小衛星星座的一些計劃，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星的小的運載火箭提出了非常迫切的需求。

全球低軌衛星星座通信系統——“鴻雁星座”，計劃構建一個覆蓋全球的衛星通信網絡，促進國際通信互聯互通和各國信息共享。“鴻雁星座”將由60顆低軌道小衛星及全球數據業務處理中心組成，形成具有全天候、全時段及在復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”搭載服務的利騅電子科技公司將建成的“麗水一號”商業遙感衛星星座，將是由80-120顆衛星組成的。

東興證券研報認為：伴隨民營衛星發射數量持續增長，衛星發射與應用領域可長期看好。航天科工集團第四研究院“快舟”副總設計師劉蕭磊表示，商業航天行業迎來了一個非常好的發展機遇期，商用火箭發展的前景非常好，現在很多項目都受到了資本市場的關注。

將來我國商用火箭正是要在市場上，通過商業的模式來獲得資金，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化的運載火箭。在經費方面，通過客戶自己出資來進行火箭的研發。

任何事業的發展，歸根結底必須依靠人才，更何況航天是一項高技術、高風險的事業，中國商用火箭亟需勇于創新、善于合作的專業人才投身進來。可喜的是，“長征五、六、七號”同時開發這一宏偉事業跨過了一個分水嶺，有研究指出，接下來，就像美國阿波羅計劃實施后，年輕技術人員出現“富余”一樣，中國也將出現這種狀況。

政策方面，國家對航天商業化的支持力度很大，商業航天被當做經濟新常態下提振科技創新、拉動經濟增長的產業“火箭”。2016年5月，國家發改委《關于實施制造業升級改造重大工程包》中，重點工程之一即為“商業航天產品發展工程”，包括商業遙感衛星、通信衛星及運載火箭的研制生產線。

安全可靠性VS成本

現在，我國的商業航天正處于轉型期。中國航天60年走來，一直是以保證高可靠為宗旨，而商業航天看重的是降成本與快速反應。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和降低成本之間找到平衡點。

Space X的“獵鷹—9”火箭，從設計到首飛，僅用了4年半。在提高效率的同時，成本也明顯降低。在商業發射市場，Space X的 “獵鷹-9”已經將商業發射的價格拉低了一個數量級。根據美國航空航天局（NASA）發布的報告，“獵鷹—9”同樣的一枚火箭，由NASA研發至少要13億美元，而商業公司僅花費了不到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個發射合同，其中的24個都來自國際商業發射市場。無疑，降成本能刺激需求，把市場規模做大，這也是中國火箭商業應用研發的重點方向。

“中國火箭公司”以“快速整合資源，實現多方聯動”為策略，依托中國運載火箭技術研究院在航天發射領域的技術優勢，嫁接客戶的不同需求，推出了“三車”（專車、順風車、快車）計劃。太空班車，在指定時間和地點同時搭載多顆衛星進行發射，用戶可以像乘“班車”一樣完成發射任務；太空專車，根據指定時間及軌道，提供專屬發射服務；太空順風車，根據發射主任務的剩余運載能力，公司提供在指定時間、指定軌道的發射服務。

三型“太空車”業務組合，不同用戶在專屬性、任務安排靈活度、及發射費用之間可以根據自己的計劃進行選擇。“太空班車”適于發射皮納衛星、微衛星、迷你衛星，易于被中小用戶所接受；“太空專車”適于發射從迷你衛星到大衛星的專業用戶，有更高的專屬性和靈活度；“太空順風車”適于發射從皮納衛星到大衛星的各種載荷，對用戶來說，是專屬性、靈活度和費用的平衡選擇。這些都將降低發射門檻，增加發射機會，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，這是商業航天的重要任務，但“可靠”始終是第一位的。無論怎樣商業化，安全的性能始終是中國航天人最重視的品質。

近20年來，中國火箭的發射成功率一直居全球之最。據統計，從1970年長征一號運載火箭發射至今，中國長征系列運載火箭共實施了238次發射，發射成功率高達97%左右。在全球商業火箭發射市場上，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”將陸續推出和完善新一代小型、中型運載火箭系列，還將積極構建新的、更便利的商業發射服務體系。“航天火箭公司”預計到2020年將形成年產50發快舟系列火箭的生產能力。

特別值得一提的是，對于與大眾消費連接的關鍵，“中國火箭公司”未來3-5年內，將開展可重復使用的亞軌道往返運輸系統的技術攻關。計劃在2020年前后，利用數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飛行，支撐全球快速點對點洲際航班、商業長期空間飛行等業務的開展。