中國商業(yè)火箭的前世、今生和未來

+劉語霏 王文浩

長征二號、三號、四號都是從液體武器型號衍生而來。用固體武器型號衍生一種小型商業(yè)火箭，同樣是對傳統(tǒng)的繼承。

1990年4月7日，乳白色的長征三號運載火箭矗立在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心的發(fā)射工位上。深夜，火箭順利起飛，把美國休斯公司制造的亞洲一號通信衛(wèi)星送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。那是歷史性的一刻，標(biāo)志著中國的航天終于邁進(jìn)了商業(yè)化的大門。

從亞洲一號的發(fā)射到現(xiàn)在，中國航天商業(yè)發(fā)射已經(jīng)走過了30年的歷程。從國家隊出國承攬發(fā)射任務(wù)，到整星出口在軌交付，再到商業(yè)火箭、商業(yè)發(fā)射服務(wù)公司的出現(xiàn)，中國的商業(yè)發(fā)射已經(jīng)走完了自己的“前世”，正在“今生”當(dāng)中上下求索，以求更加宏大的“未來”。

歷史見證：亞洲一號通信衛(wèi)星成功發(fā)射紀(jì)念明信片。

過去之一：從發(fā)射外星到在軌交付

上世紀(jì)80年代中期，中國就在返回式衛(wèi)星發(fā)射項目中，為國外搭載空間研究的有效載荷。對國際發(fā)射服務(wù)市場的了解越深入，中國航天人就越加清晰地認(rèn)識到，用中國火箭為國際市場提供發(fā)射服務(wù)，是有前景和希望的。從亞洲一號開始，由中國長城工業(yè)總公司向國際市場承攬發(fā)射服務(wù)，先后為世界多個運營商發(fā)射了美國、歐洲制造的通信衛(wèi)星。1999年，美國拋出《考克斯報告》，對中國的國際發(fā)射服務(wù)造成了嚴(yán)重影響。但同時，東方紅四號等衛(wèi)星平臺的成熟，使中國具備了整星出口能力。2007年，尼日利亞一號衛(wèi)星的發(fā)射，標(biāo)志著中國發(fā)射服務(wù)業(yè)進(jìn)入一攬子服務(wù)、在軌交付的階段。

回顧這個時期的航天發(fā)射服務(wù)，有幾個特點：用來執(zhí)行發(fā)射任務(wù)的火箭，是中國運載火箭技術(shù)研究院提供的；具體的服務(wù)商是中國長城工業(yè)集團(tuán)有限公司（即中國長城工業(yè)總公司，2011年更名）；其次，30年間，發(fā)射了52次（含搭載、中外合作衛(wèi)星、出口衛(wèi)星和進(jìn)口衛(wèi)星）。這個發(fā)射成績，來之不易，但與今天的商業(yè)發(fā)射相比，數(shù)量是偏低的。這與那個時代衛(wèi)星體積大、制造數(shù)量少、小衛(wèi)星尚未興起，有直接的關(guān)系；其三，周期長。從簽訂合同到發(fā)射衛(wèi)星，往往需要幾年的時間，這是傳統(tǒng)模式下衛(wèi)星、火箭、發(fā)射場技術(shù)流程所決定的。

直到今天，這個時期的商業(yè)模式并沒有完全消失。隨著衛(wèi)星制造能力的增強(qiáng)和整星出口能力的具備，中國航天科技集團(tuán)依然在用大型火箭為市場提供長周期發(fā)射服務(wù)。

但，就是在這個階段，隨著小衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步和國外商業(yè)航天的興起，新的發(fā)射服務(wù)商業(yè)模式開始在中國萌發(fā)。進(jìn)入21世紀(jì)后，長征系列火箭搭載發(fā)射國內(nèi)外小衛(wèi)星的頻率越來越高。2010年后，小衛(wèi)星呈現(xiàn)出進(jìn)入業(yè)務(wù)主流的趨勢，出現(xiàn)了一大批基于小衛(wèi)星的商業(yè)星座創(chuàng)業(yè)企業(yè)。傳統(tǒng)的不定期搭載發(fā)射已經(jīng)不能滿足小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的需求。

這個問題在中國體現(xiàn)得更為突出。作為主力的長征火箭，承擔(dān)著繁重的國家任務(wù)。新興的商業(yè)衛(wèi)星企業(yè)財力有限，很難把獲取發(fā)射服務(wù)的機(jī)會寄托在國外火箭身上。對中國商業(yè)火箭的更強(qiáng)烈的需求已經(jīng)呼之欲出。

過去之二：長征十一號的誕生

2010年前后，國內(nèi)有單位提出，利用現(xiàn)有導(dǎo)彈技術(shù)基礎(chǔ)，研制一種小固體燃料火箭發(fā)動機(jī)的小型運載火箭。這啟發(fā)了航天科技集團(tuán)公司的領(lǐng)導(dǎo)，航天科技同樣掌握了大直徑固體火箭的基本技術(shù)，能不能在武器型號的基礎(chǔ)上開發(fā)一種航天運載型號呢？

另外，美國當(dāng)時已經(jīng)提出了快速響應(yīng)航天概念，也就是著名的ORS。這將從根本上改變航天發(fā)射的理念，中國有必要緊緊跟上。

集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過考慮，認(rèn)為當(dāng)時正在負(fù)責(zé)某固體型號的楊毅強(qiáng)是最合適的人選。楊毅強(qiáng)對這個新的任務(wù)沒有什么思想準(zhǔn)備，對他來說，“商業(yè)運載火箭”和“發(fā)射服務(wù)市場”，是另一個部門的業(yè)務(wù)了。但是從技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)上，這是順理成章的。長征二號、三號、四號都是從液體武器型號衍生而來。用固體武器型號衍生一種小型商業(yè)火箭，同樣是對傳統(tǒng)的繼承。讓固體型號的負(fù)責(zé)人來承擔(dān)這項工作，當(dāng)然再合適不過了。

當(dāng)時，這個型號還沒有命名。項目組就以“小型固體運載火箭”為題展開了工作。團(tuán)隊通過調(diào)研認(rèn)為，小衛(wèi)星和快速響應(yīng)發(fā)射有著不可忽視的前景。團(tuán)隊以“組網(wǎng)，補(bǔ)網(wǎng)，重構(gòu)”六個字，抓緊一切機(jī)會向集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)和用戶單位宣講。集團(tuán)公司對此高度重視，組織了評審專家組。經(jīng)過評審之后，集團(tuán)公司辦公會快速通過、立項。中國運載火箭發(fā)展的一條新戰(zhàn)線就這樣開辟出來了。

那么這種火箭到底該叫什么名字呢。一開始，人們給她起了個名字叫長征-GT，也就是“長征-固體”。有人開玩笑地稱為“長征-個體”。楊毅強(qiáng)回憶說，當(dāng)時長征九號還沒有立項，但是集團(tuán)公司考慮，“九”在中國文化中表示最高、最大，不適合給小火箭使用。于是楊毅強(qiáng)說，“我們另起一行，長征十一”。這個名字就這樣定下來了。

表1 長征十一號固體運載火箭發(fā)射全紀(jì)錄

過去之三：坎坷市場路

在長征十一號研制過程中，小衛(wèi)星的發(fā)展并沒有人們想象的快。即使在體制內(nèi)，也有相當(dāng)一部分領(lǐng)導(dǎo)對長征十一號的市場前景表達(dá)了憂慮。當(dāng)時，集團(tuán)公司一位同志問楊毅強(qiáng)：你搞長征十一號，你的發(fā)射計劃在哪？給誰發(fā)射，發(fā)射什么？

這樣的問題，體現(xiàn)了傳統(tǒng)航天的思維方式。有衛(wèi)星任務(wù)、有明確的部署計劃，才能制定火箭的研制方案和研制計劃。雖然當(dāng)時集團(tuán)公司已經(jīng)開展了國際發(fā)射服務(wù)的承攬，但是如果一種用國有資本研制出來的火箭因為找不到市場而閑置，在商業(yè)上就是失敗的。當(dāng)時作為國家任務(wù)的小衛(wèi)星數(shù)量并不多、進(jìn)度不算快，長征十一號團(tuán)隊必須回答這樣一個問題：未來固體火箭向何處去？

既然長征十一號是作為商業(yè)火箭立項的，那么就必須向市場尋求出路。從2015年開始，楊毅強(qiáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊，廣泛拜訪了第一批商業(yè)航天企業(yè)，包括長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司、北京國電高科科技有限公司、珠海歐比特宇航科技股份有限公司等企業(yè)的負(fù)責(zé)人。這是當(dāng)時集團(tuán)運載火箭型號當(dāng)中，第一個把國內(nèi)商業(yè)衛(wèi)星當(dāng)做主要服務(wù)對象的。

談及這段歷史，楊毅強(qiáng)笑著說：“在那段時間里，只要得到一個客戶的消息，我們就會第一時間帶著一份中英對照的火箭手冊和一個火箭模型去拜訪”。

其中的一次合作讓長征十一號團(tuán)隊印象深刻。歐比特公司研制的珠海一號星座的衛(wèi)星，單顆質(zhì)量還不到100千克，10顆衛(wèi)星總共不到1噸。如果用當(dāng)時國內(nèi)的任何其他型號火箭來發(fā)射，都是大馬拉小車。搭載發(fā)射又不能滿足星座組網(wǎng)進(jìn)度要求。長征十一號團(tuán)隊經(jīng)過研究，認(rèn)為可以用兩次發(fā)射來完成。但按照傳統(tǒng)火箭運力和整流罩內(nèi)部設(shè)置，是做不到的。經(jīng)過幾個月反復(fù)論證，雙方設(shè)計了一個聽起來就很驚險的一箭五星方案，火箭的運載能力只有0.9千克的余量、衛(wèi)星之間的間隔只有毫米級！但，“兩次發(fā)射都非常成功！”歐比特公司的董事長顏軍現(xiàn)在談及，語氣中，仍然透著當(dāng)年的興奮。

楊毅強(qiáng)，長征十一號火箭首任總指揮，現(xiàn)任中國科學(xué)院空天飛行科技中心主任、北京中科宇航探索技術(shù)有限公司董事長。

裝載著5顆珠海一號衛(wèi)星的長征十一號火箭，衛(wèi)星間的間距只有毫米級。（圖源：中國運載火箭技術(shù)研究院）

就是在這樣的合作與磨合中，市場對這個型號的了解越來越多。不少專業(yè)人士評價：如果沒有長征十一號，就沒有中國的商業(yè)火箭，就沒有中國商業(yè)航天的今天。

現(xiàn)在：中科一號和中科宇航

長征十一號是中國第一種真正意義上的固體運載火箭，也是同時期型號中最晚立項、最早發(fā)射成功的。截止2020年12月10日，11發(fā)長征十一號全部發(fā)射成功。

長征十一號的發(fā)展和使用，證明了固體運載火箭在主流發(fā)射市場上能夠占有一席之地。也證明了，真正的商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場必須開發(fā)出一種全新的、適合商業(yè)航天本質(zhì)的模式。它是對傳統(tǒng)發(fā)射服務(wù)模式的繼承，但同時，也必須有創(chuàng)新性、甚至顛覆性的發(fā)展。服務(wù)商不能只是拿成熟火箭小修小改來提供服務(wù)，而是要積極滿足市場對低成本、短周期、強(qiáng)適應(yīng)性的需求，要根據(jù)市場需求積極研制全新概念的火箭和發(fā)射技術(shù)。

2018年底，中國科學(xué)院決定成立空天飛行科技中心。有關(guān)的背景，是中科院更加深刻地參與了航天活動，從過去的支持與協(xié)助，進(jìn)入到了自己提出和抓總一些探索性、前瞻性型號。同時，中科院的研究所、課題組和科研人員，也在關(guān)注一些突破性的關(guān)鍵技術(shù)。要讓這些技術(shù)落實到應(yīng)用上，就需要成立一個實體。

與此同時，中科院已經(jīng)在火箭相關(guān)領(lǐng)域突破了很多關(guān)鍵技術(shù)，形成了大量科研成果。但是其中相當(dāng)大的一部分沒有應(yīng)用機(jī)會，這與NASA的情況非常相似。NASA通過SBIR/STTR（小企業(yè)創(chuàng)新研究/小企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移）機(jī)制和SPINOFF（技術(shù)轉(zhuǎn)讓計劃）機(jī)制，大量把技術(shù)成果轉(zhuǎn)化給商業(yè)企業(yè)。對中科院來說，至少航天方面的成果還沒有這樣的轉(zhuǎn)換機(jī)制。

科學(xué)衛(wèi)星的研制和發(fā)射需求，也對傳統(tǒng)運載火箭和發(fā)射模式提出了新的挑戰(zhàn)。隨著平臺技術(shù)的成熟，衛(wèi)星已經(jīng)從圍繞平臺開展設(shè)計，演變到了圍繞有效載荷開展設(shè)計。中科院在科學(xué)領(lǐng)域的很多研究需求，最后要落實到實驗設(shè)計上，而實驗器材就是衛(wèi)星的有效載荷。現(xiàn)有的衛(wèi)星平臺和火箭，在技術(shù)和進(jìn)度上，都不能與實驗器材匹配得很完美。中科院需要自己開發(fā)衛(wèi)星，進(jìn)而需要為自己服務(wù)的運載器。

經(jīng)過反復(fù)探討，人們提出了這樣一個模式，建立一個混合所有制的火箭公司，把中科院、特別是力學(xué)所的有關(guān)科研成果逐步轉(zhuǎn)化到火箭公司里，形成一種全新理念的火箭，首先為中科院的衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)服務(wù)，進(jìn)而走向市場，為國內(nèi)外衛(wèi)星業(yè)主提供高水平的發(fā)射服務(wù)，建構(gòu)并形成商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場的新格局，推動航天技術(shù)更快、更好地服務(wù)于人民生活和社會發(fā)展。

經(jīng)過仔細(xì)籌劃和運作，北京中科宇航探索技術(shù)有限公司正式成立，由楊毅強(qiáng)擔(dān)任法定代表人兼董事長，承擔(dān)起了從科研界到產(chǎn)業(yè)界的成果轉(zhuǎn)化角色。中科宇航目前正在通過多渠道的成果轉(zhuǎn)化，研制中科一號系列固體運載火箭，并將在2021年內(nèi)進(jìn)行首次發(fā)射。屆時，這枚世界上最大的固體燃料運載火箭，將為商業(yè)航天展示一個完全不同的未來。

站在未來的門檻上

在可預(yù)見的將來，人類依然要靠化學(xué)能火箭進(jìn)入宇宙。火箭的運載能力，依然不能突破化學(xué)燃料比沖的限制。但這并不意味著火箭制造者們沒有發(fā)揮的余地，馬斯克已經(jīng)為我們證明了，傳統(tǒng)火箭依然有大量的潛力可以挖掘。今天的火箭在結(jié)構(gòu)、材料、控制、燃燒效率、可重復(fù)使用、生產(chǎn)規(guī)模效應(yīng)、發(fā)射活動的流程優(yōu)化等諸多方面，還有大量值得突破和顛覆的地方。

隨著地月經(jīng)濟(jì)逐漸成為現(xiàn)實，人類對航天發(fā)射的需求可能要比現(xiàn)在擴(kuò)大許多倍。從地球到月球、拉格朗日點、近地小行星之間的人員往返，空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)所需要的物資、設(shè)備送達(dá)，外星球或者空間產(chǎn)品返回地球……需要更多、更強(qiáng)的發(fā)射服務(wù)，需要遠(yuǎn)比現(xiàn)在更大的運載火箭。有人曾經(jīng)用波音737客機(jī)作為樣本，提出對未來天地往返運輸系統(tǒng)的設(shè)想：運載比盡量高、能每天不間斷地頻繁使用、價格低廉、維修和保養(yǎng)簡單。

這其中的實質(zhì)，是航天要回歸工業(yè)化的本質(zhì)。只有為大眾服務(wù)，才能成為真正的工業(yè)技術(shù)。如果航天僅僅滿足于為大客戶發(fā)射幾顆衛(wèi)星的需要，顯然是不夠的。一定是為普通大眾服務(wù)，航天才成為工業(yè)技術(shù)，才能從一個工藝品變成一個工業(yè)品，才能產(chǎn)業(yè)化。商業(yè)航天本身實際就是航天本身工業(yè)化的回歸，就像飛機(jī)從有錢人的競賽玩具到軍事用途，再到今天普及化的民用航空一樣。也像汽車一樣，在經(jīng)歷了這樣的一個過程后，走進(jìn)了千家萬戶。航天只有商業(yè)化，才能走下神壇，走入尋常百姓家。

雖然火箭不可能達(dá)到波音客機(jī)那樣的運載比，但是大大降低使用成本和提高飛行頻率，卻是應(yīng)該追求和可以實現(xiàn)的。

中科一號甲（ZK-1A）固體運載火箭示意圖及相關(guān)參數(shù)，該火箭計劃于2021年首次發(fā)射

所有這一切，都要從腳踏實地提高火箭技術(shù)水平和服務(wù)水平開始。按照中科宇航的設(shè)想，今后不但要實現(xiàn)中科一號系列火箭的高頻率發(fā)射服務(wù)，還要探索機(jī)動式海上發(fā)射的可能性，用一艘巨輪裝上幾枚火箭，航渡到衛(wèi)星制造設(shè)施的附近，為衛(wèi)星業(yè)主提供就近發(fā)射的方便。在這個過程中，企業(yè)將積累團(tuán)隊、知識、能力和資金，為大型甚至重型火箭的研制，為新概念發(fā)射手段的研制奠定基礎(chǔ)。

大勢所驅(qū)，迎頭而上，為識時務(wù)者。但，其中最值得鼓勵和支持的，是敢于大膽創(chuàng)新、勇于進(jìn)取和不斷挑戰(zhàn)的精神與文化。

這，何嘗不是商業(yè)航天的希望與未來。

后記：

無論佛家還是道家，都有著三生三世的說法。具體到三世，則有過去、現(xiàn)在、未來三世。

其實不僅僅是人，一個產(chǎn)業(yè)或者一個細(xì)分市場，同樣可以用過去、現(xiàn)在、未來的理念來看待和理解。

中國的發(fā)射服務(wù)產(chǎn)業(yè)從走向國際市場、初試啼聲，到回歸國內(nèi)市場、為商業(yè)航天提供支撐，已經(jīng)走完了自己的前世，正在今生當(dāng)中奮力求索，未來如何，還需要今天的我們，共同攜手去創(chuàng)建。