你還在拼車、拼團(tuán)？一起拼船上火箭啊

在共享經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的時(shí)代，大家?guī)缀蹩梢浴捌础钡揭磺校骸捌窜嚒?、“拼玩”、“拼團(tuán)”，各種花樣百出的“拼”經(jīng)濟(jì)占據(jù)了大家的生活。說(shuō)到底，“拼”經(jīng)濟(jì)，也就是通過(guò)“薄利多銷”的原理，一方面使買(mǎi)家拿到更低的價(jià)格，另一方面使賣家獲得更多的利潤(rùn)。但是，你聽(tīng)過(guò)“拼團(tuán)”發(fā)射火箭嗎？為什么衛(wèi)星上天還要“拼車”，這樣做的好處是什么？讓我們一起來(lái)看看。

衛(wèi)星發(fā)射要拼車：“拼團(tuán)”搭乘火箭好處多多

2021年7月9日，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心，長(zhǎng)征六號(hào)運(yùn)載火箭將“鐘子號(hào)”02組衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。此次也是今年以來(lái)，長(zhǎng)征六號(hào)第二次執(zhí)行國(guó)內(nèi)商業(yè)發(fā)射任務(wù)，不久前長(zhǎng)征六號(hào)已通過(guò)一箭多星方式成功將國(guó)內(nèi)外用戶多顆商業(yè)衛(wèi)星送上天。

傳統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)射方式是用一枚火箭發(fā)射一顆衛(wèi)星，而準(zhǔn)備一次火箭發(fā)射，需要耗資數(shù)千萬(wàn)元和歷時(shí)數(shù)年，工作量相當(dāng)大；但如果把多顆衛(wèi)星搭在一起，用一枚運(yùn)載火箭同時(shí)或先后將數(shù)顆衛(wèi)星送入軌道，則可以讓衛(wèi)星的發(fā)射成本大大降低。

“一箭多星”技術(shù)即此運(yùn)用而生。1981年9月20日開(kāi)始，我國(guó)用“風(fēng)暴1號(hào)”火箭發(fā)射了三顆科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星，成為世界上第四個(gè)掌握一箭多星的技術(shù)的國(guó)家。目前“一箭多星”的衛(wèi)星發(fā)射方式在國(guó)際上也很流行，2021年1月24日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司“獵鷹9”火箭攜帶143顆衛(wèi)星升空，創(chuàng)下單次發(fā)射衛(wèi)星數(shù)目之最。先前紀(jì)錄由印度PSLV-C37型極地衛(wèi)星運(yùn)載火箭保持，在2017年2月把104顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。

理論上，火箭越大、運(yùn)載力越強(qiáng)，則火箭的“一箭多星”能力越強(qiáng)。然而，對(duì)于衛(wèi)星發(fā)射、特別是商業(yè)發(fā)射，則并不是火箭運(yùn)力越大越好——隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星也越做越小，各種立方星、微小衛(wèi)星概念火爆。

以2019年為例，我國(guó)發(fā)射約80顆衛(wèi)星，其中微小衛(wèi)星占比達(dá)67.5%，而在未來(lái)5-10年，我國(guó)商業(yè)小衛(wèi)星的發(fā)射需求超4000顆。這些衛(wèi)星往往只有數(shù)十公斤甚至數(shù)公斤級(jí)，要湊足“大火箭”數(shù)噸級(jí)的全載荷上百顆進(jìn)行發(fā)射任務(wù)，即會(huì)拉長(zhǎng)“拼車”時(shí)間，而即便拼夠了全載荷又會(huì)面臨空間不夠的問(wèn)題?；鸺男⌒突?、快速化也成為衛(wèi)星商業(yè)發(fā)射主要趨勢(shì)。

新一代火箭中的“快遞小哥”：長(zhǎng)征六號(hào)

隨著衛(wèi)星越來(lái)越便宜、發(fā)射任務(wù)時(shí)間敏感性越來(lái)越高，對(duì)單次運(yùn)輸價(jià)格要求也越來(lái)越低。作為國(guó)際商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)上一支不可忽視的新興力量，我國(guó)對(duì)一種低成本、可發(fā)射各種衛(wèi)星載荷的新型火箭需求也愈發(fā)迫切。而長(zhǎng)征6號(hào)即是我國(guó)為滿足此類需求的新一代運(yùn)載火箭。

長(zhǎng)征6號(hào)及衍生型號(hào)主要用于替換長(zhǎng)征2CD型號(hào)、長(zhǎng)征4系列等運(yùn)載火箭。在測(cè)控條件允許的情況下，其主要面向的市場(chǎng)——SSO（太陽(yáng)靜止軌道，幾乎運(yùn)行在極軌上，軌道高度一般在700km左右）軌道運(yùn)力達(dá)到1噸，解決了我國(guó)沒(méi)有小型運(yùn)載火箭的、發(fā)射小型衛(wèi)星運(yùn)力過(guò)剩的問(wèn)題。在只使用本土測(cè)控的情況下，500千克運(yùn)力也能滿足相當(dāng)一部分SSO載荷。這也意味著載荷較輕的衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)時(shí)，無(wú)需調(diào)用遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)量船、中繼衛(wèi)星與境外測(cè)控站即可完成遙測(cè)任務(wù)，大大降低了發(fā)射任務(wù)中的遙測(cè)成本。

作為我國(guó)新一代運(yùn)載火箭商業(yè)發(fā)射的先行者，從投入運(yùn)營(yíng)伊始便走上了“一箭多星”的商業(yè)道路。而一次把多顆衛(wèi)星“天女散花”，看起來(lái)很美做起來(lái)卻不易，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)就是要防止大量衛(wèi)星在釋放時(shí)星箭和星與星之間的碰撞，還要考慮不同尺寸、不同運(yùn)作軌道衛(wèi)星運(yùn)作兼容問(wèn)題。為此，長(zhǎng)征六號(hào)首次采用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的多星發(fā)射接口裝置，可以高精度調(diào)姿和實(shí)現(xiàn)正推軌道控制火箭末級(jí)、‘多星軌道周期控制方法’等技術(shù)，確保衛(wèi)星的分離速度、方向各不相同，將多顆衛(wèi)星間及與衛(wèi)星與火箭末級(jí)的軌道周期拉開(kāi)后越飛越遠(yuǎn)，保證了星星間、星箭間的安全距離。

截至目前，長(zhǎng)征六號(hào)已成功進(jìn)行了6次商業(yè)發(fā)射任務(wù)，自2015年9月20日首次發(fā)射便將20枚微小衛(wèi)星送上太空軌道，刷新了我國(guó)一箭多星的發(fā)射新紀(jì)錄，而后進(jìn)行了5次商業(yè)發(fā)射任務(wù)，也均為“一箭多星”發(fā)射模式，成功率100%。

發(fā)射成本：運(yùn)費(fèi)立減？先從燃料入手

與火箭本體相比，火箭發(fā)射任務(wù)中還有一筆不大不小的費(fèi)用——燃料費(fèi)。

本著“蒼蠅肉也是肉”的原則，火箭燃料自然越便宜越好。在長(zhǎng)征六號(hào)升空前，我國(guó)的商業(yè)運(yùn)載火箭主要使用偏二甲肼/四氧化二氮（氧化劑），它是種較貴的燃料：國(guó)際均價(jià)約合300$/kg。以目前我國(guó)商業(yè)發(fā)射運(yùn)載火箭的主力之一長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭為例，其商業(yè)發(fā)射推銷報(bào)價(jià)約合6000萬(wàn)美元，火箭出廠價(jià)約合1500萬(wàn)美元。該火箭使用的燃料（一二級(jí)為偏二甲肼/四氧化二氮），費(fèi)用折合約300萬(wàn)美元，約占發(fā)射報(bào)價(jià)的5%，火箭成本（含燃料）的16%。

另一方面肼基燃料由于毒性大，儲(chǔ)存與加注時(shí)需要格外注意，落地的火箭殘骸還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，在環(huán)保要求越來(lái)越高的今天，長(zhǎng)征6號(hào)摒棄了傳統(tǒng)肼燃料，采用了一種便宜又省心的燃料發(fā)動(dòng)機(jī)：YF-100/YF-77液氧/煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為火箭一二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)。作為新一代運(yùn)載火箭的成員之一，長(zhǎng)征6號(hào)配備的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)之初就考慮到模塊化，其YF-100是長(zhǎng)征5號(hào)的助推器、YF-77則與長(zhǎng)征7號(hào)的二級(jí)火箭通用。高度通用性減少了新一代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)種類、增大產(chǎn)量攤低成本。而這一代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的共同點(diǎn)即是“用料”干凈、省心、便宜。

與偏二甲肼相比，YF-100/YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)采用的煤基航天煤油依托我國(guó)豐富的煤炭資源，造價(jià)更為低廉，對(duì)外依存度也更低，配合制備方便的液氧可將每公斤燃料成本從數(shù)百美元級(jí)降低到數(shù)美元級(jí)，即便考慮到低溫燃料在儲(chǔ)存、加注中損耗仍可將燃料成本降低2/3以上；煤油/液氧燃料的另一突出特點(diǎn)是無(wú)毒無(wú)害，對(duì)發(fā)射場(chǎng)與人員更加“友好”，燃燒只生成水和二氧化碳。此外，由于煤油/液氧相對(duì)于傳統(tǒng)肼燃料腐蝕性極低，使得火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具備多次試車的能力，也讓長(zhǎng)征六號(hào)火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)未來(lái)具備可重復(fù)使用的潛力。

各款液體火箭推進(jìn)劑國(guó)際價(jià)格，其中長(zhǎng)征6號(hào)采用的航天煤油規(guī)格與RP-1燃料近似，與四氧化二氮/ 偏二甲肼（UDMH）相比成本可謂低廉

便宜、省心的燃料僅是長(zhǎng)征6號(hào)省錢(qián)的第一步，長(zhǎng)征6號(hào)還在省燃料上也下了一番功夫。長(zhǎng)征6號(hào)一二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)均采用高壓補(bǔ)燃循環(huán)（又稱分級(jí)燃燒循環(huán)）技術(shù)，由于高壓補(bǔ)燃循環(huán)的主要優(yōu)勢(shì)是所有燃?xì)夂蜔崃慷纪ㄟ^(guò)燃燒室排放，使長(zhǎng)征6號(hào)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在試車測(cè)試中即達(dá)到了98%的燃燒效率；而燃燒室壓力承受能力高的特別，則使更大膨脹比的噴嘴可以用在發(fā)動(dòng)機(jī)上，而提高火箭發(fā)動(dòng)機(jī)比重，使火箭里的每一滴燃料都使用到極致。

快速發(fā)貨，“趟平”也是最佳選擇？

除了發(fā)射便宜，快速發(fā)射也是長(zhǎng)征六號(hào)運(yùn)載火箭的一大看點(diǎn)。

通過(guò)水平整體測(cè)試、水平整體星箭對(duì)接、水平整體運(yùn)輸起豎發(fā)射的“三平技術(shù)”，長(zhǎng)征6號(hào)的發(fā)射準(zhǔn)備周期被大大壓縮。與之對(duì)應(yīng)的，無(wú)論是我國(guó)的長(zhǎng)征十一還是美國(guó)的“牛頭怪”、日本“艾普斯龍”等這些以快速發(fā)射能力著稱的固體火箭，發(fā)射準(zhǔn)備周期周期都需7-16日，而長(zhǎng)征6號(hào)最多只需7天即可客戶載荷運(yùn)送上天。

伴隨著長(zhǎng)征六號(hào)的不斷升空，我國(guó)新一代運(yùn)載火箭密集投入商業(yè)航天使用的序幕也由此拉開(kāi)?？梢韵胂笤诓贿h(yuǎn)的未來(lái)，長(zhǎng)征六號(hào)火箭將迎來(lái)較為繁忙的國(guó)際、國(guó)內(nèi)商業(yè)訂單履約期，一次又一次執(zhí)行一箭N星的發(fā)射任務(wù)，滿足各種客戶的發(fā)射需求。