ABL:把火箭裝進標準集裝箱

文/松堂

ABL航天系統公司（ABL），企業成立于2017年，號稱要成為小火箭發射市場的領導者。如今看來，至少在創業階段，ABL公司的領導夢是破滅了。這家企業目前只有一個火箭型號，稱為RS1，是一種垂直起飛的兩級火箭。該火箭刻意設計簡單，適合高速制造和流線型發射操作。

和諸多火箭創業公司一樣，ABL總部位于加利福尼亞州，火箭的主要分系統都能自行生產。

RS1火箭的最大發射能力是近地軌道1350千克，具體發射價格還沒有公布。但是該公司自稱，只有競爭對手的幾分之一。這已經成為小型火箭開發商的標準用語了。

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

▲ ABL公司的電子設備生產線

▲ ABL公司的發射場和總部分布

▲ RS1火箭的結構

RS1火箭結構

RS1采用可二次點火的二級發動機，增加了有效載荷部署的靈活性。其實，多數發射任務需要二級二次點火。通過這種二次點火任務設計，RS1能夠將970千克的載荷部署到500千米的太陽同步軌道。

傳統上，小型火箭僅僅針對近地軌道和太陽同步軌道，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）發起挑戰。要達到這樣高的軌道，RS1要進行更嚴格的設計，比如二級第一次關機后要滑行更長時間。根據ABL計算，RS1可攜帶約700千克載荷抵達8000千米高的MEO橢圓轉移軌道，攜帶320千克載荷到地球同步轉移軌道。

RS1的結構并沒有特殊之處，第一級使用九臺E2發動機海平面版，第二級使用一臺E2發動機真空版，采用液氧煤油燃料。RS1完全集成后直徑為1.8米，長26.4米。和電子號火箭不同的是，RS1完全采用鋁合金結構，包括箭體和燃料罐。

按照ABL的說法，RS1的特色在于細節。首先在RS1組件和增壓系統設計上，考慮了簡化操作，可實現快速生產和發射程序簡化。火箭上的航電系統高度模塊化，經過嚴格測試以確保可靠性，排除了單機測試的需求。

級間分離、整流罩分離和有效載荷分離都不采用傳統的火工品，而是機械式冷分離。這樣可以簡化發射前的準備工作，最大限度地減少有效載荷沖擊環境，并提高任務保障。以整流罩分離為例，其采用分體式滑閥裝置和彈簧。發射前，整流罩的兩瓣通過幾個電動壓緊和釋放機構（HDRM）結合在一起。具體采用的是一種商業現貨HDRM，在多個型號的現役運載火箭上使用過。分離時，實現驅動HDRM來把整流罩分開，4個彈簧推進器再把整流罩用力向兩邊推開，以整流罩底部附近的鉸鏈為中心旋轉到一定程度后，從火箭上分離。

一二級分離時，第一級先關機，然后由環形設置在一二級之間的6個等距機構實現分離。每個機構由一個氣動機械鎖閂和一個氣動推桿組成。與整流罩分離機構不同的是，所有級分離機構都是ABL在公司內部設計、制造和測試的。

為了便于運輸和裝卸操作，所有RS1組件都可以用標準集裝箱收納。

3D打印發動機

E2發動機是ABL公司自行開發的，包括渦輪泵、主推進劑閥、推力室組件和燃氣發生器。這使ABL能夠完全規避專利問題，自主升級。ABL在內部加工和打印大部分E2發動機零件，最大限度地減少設計制造反饋回路。這提供了對生產計劃的嚴格控制，以及隨時擴大發動機制造規模的能力。

它的設計重點圍繞著一個“簡”字展開，大量使用3D打印等快速成型技術。E2發動機采用燃氣發生器循環，真空推力達到13000磅。一級和二級采用同樣的核心機。

3D打印的好處，是優化部件結構，減少制造步驟，提高生產效率。這種工藝，使得ABL這樣的小型企業能夠用比較簡單的設備生產具有復雜內部流體通道的部件，不需要復雜的連接工藝。

制導、導航和控制

ABL的制導、導航和控制（GNC）系統架構，采用全球導航衛星系統（GNSS）和慣性測量單元（IMU）傳感器數據的集成，用推力矢量控制（TVC）和冷氣反作用系統實現姿態控制。

導航軟件中特意設置了簡化操作模式，在改變任務剖面和發射場位置時，只要修改很少數量的配置參數就能實現。

▲ RS1火箭的發射裝置較為簡潔