“拼积木造火箭”成现实

力箭二号火箭发射升空。

在发射塔上等待发射的力箭二号火箭。     本栏图片均由受访者提供

    3月30日傍晚，在东风商业航天创新试验区，高53米、重625吨的力箭二号遥一运载火箭·国际纺都号刺破暮色，腾空而起，将3个载荷送入轨道。力箭二号在中国商业火箭中独树一帜，其设计制造团队从立项之初就设置一个很科幻的目标：把造火箭这件事，做得像攒电脑、拼积木一样。

    ●南方日报记者 钟哲

    一款“芯级”

    可搭配出多种火箭

    要理解力箭二号的创新性，首先要明白火箭升空的大体过程。

    火箭从地面升空，要分阶段燃烧、抛掉烧完的壳子减轻重量，通常分为“一级”和“二级”。一级负责从地面加速到大气层边缘，完成任务后抛掉；二级接力把载荷送进轨道。“助推器”则是绑在一级外侧的额外动力包，相当于起跑时踩的“加速踏板”，帮助一级在最费力的低空阶段多出一把力，任务完成后也丢掉。

    而“芯级”就是整枚火箭的主体——助推器捆在它身上，一级、二级都是它的组成部分。

    力箭二号在主体上做了很不常规的设计。一级装了九台液体发动机，二级装了一台——然而这十台发动机，本质上是同一款。二级那一台，只是换了个更大的喷管，让它能在高空稀薄大气里更高效地工作。

    力箭二号副总师廉洁解释道：采用同一款发动机后，供应链统一了，备件可以互换，一旦一级出现需要替换的情况，二级发动机也能临时顶上，“滚动备份”的逻辑让整条生产线的容错能力大幅提升。

    统一规格的不只是发动机。一级和助推器的直径都是3.35米，贮箱和箱间段的结构设计相近。3.35米恰好是航天行业的“标准尺”，配套供应商多、工艺成熟、良品率高。航电系统直接继承力箭一号的成熟产品——飞行控制组合、时序控制组合产品指标互通，底层软件架构直接移植过来，原来要一个月的电测时间，现在一周就能搞定。

    这种“能共用就不单独造”的逻辑，对应的是这枚火箭的英文缩写：CBC，通用助推器核心（Common Booster Core）。CBC构型的核心想法是，把芯级做成一个标准化模块，然后根据任务需要，搭配0个、2个或4个助推器。

    搭配0个助推器“光杆上阵”，这枚火箭的近地轨道运力约2吨；如果捆绑2个助推器，运力跳到8吨；捆绑4个，运力进一步提升。力箭二号系列的运力上限是20吨，采用同一种芯级，靠捆绑数量变换，可以覆盖从小卫星组网到大型空间站货运的大部分需求。

    廉洁说得很直接：“力箭二号是以设计的复杂换取了生产的简单。”

    传统火箭每型研制往往要5到10年，研制经费动辄十几亿甚至几十亿元；而力箭二号的研制费用则显著降低，研发周期也明显缩短。研制一型，可以拓展成三型；在研发过程中，设计可共用、模块可共用、试验可共用、供应链可共用、厂房可共用……这是中科宇航“拼积木造火箭”的方法论。

    对标猎鹰九号

    算一笔成本账

    “拼积木”模式的另一个优势在于成本。

    正在蓬勃发展的中国商业航天，有一道绕不开的参照题：猎鹰九号。

    在大洋彼岸，SpaceX用可回收的猎鹰九号把发射报价打到每公斤数千美元，重塑了整个行业的成本预期。中国的商业火箭要走向市场，必须把发射成本控制在同等水平。

    力箭二号成功发射后，总指挥杨浩亮给出一个数字：在不回收的状态下，力箭二号单次发射成本与猎鹰九号回收状态下的成本基本相当。这意味着，猎鹰九号是“多次使用、摊薄成本”之后才显得便宜，而力箭二号仅一次性使用就能达到这个成本，未来实现重复利用后，成本有望下降到猎鹰九号的一半。

    这种成本控制是如何完成的？一条路径在设计源头，模块化是其中之一；另一条路径则在制造端。

    力箭二号最值得说的制造创新是贮箱。这是火箭的“油箱”——存放液氧和燃料，占了箭体大部分体积，也是结构重量的大头。几十年来，火箭大多采取“网格加筋”的工艺制造贮箱，好处是承力性能优秀，缺点是加工工艺复杂、生产周期长、成本高。

    副总师张延瑞介绍，力箭二号的一、二级贮箱筒段全部采用“光圆筒”结构，其中一级贮箱用5A06铝合金，弹性模量高，轴压稳定性好；二级用强度更高的2219铝合金，经热处理强化后，相同内压载荷下可以用更薄的壁厚达到同样承载能力，减重效果明显。这是大直径光圆筒贮箱首次在国内工程化落地，既节省了制造成本，也缩短了生产周期。

    还有一项制造创新是整流罩。力箭二号的整流罩分离用的是“平抛”——半罩不旋转，直接横向推出去，速度超过每秒5米。传统旋抛方案里，半罩旋转时根部会向上划过一段弧，这段弧占掉的空间无法被利用；平抛省掉了这块损失，让同样大小的整流罩能装下更大的卫星。

    在航电端，得益于力箭一号打下的软件平台基础，力箭二号箭上设备数量减少了50%，地面设备减少了80%，配套成本降低了50%以上。这些账加在一起，构成杨浩亮所说的“单次发射成本与猎鹰九号基本相当”的底气。

    首飞即承担重大任务

    力箭二号首飞，载荷里包括“新征程02卫星”。这是一艘真正的空间试验飞船，整船4.2吨，具备3年在轨飞行能力。

    这是一次“船箭一体化”设计的实践。以前，卫星和火箭研制是两条并行轨道，接口谈好了才合拢；这次力箭二号从方案阶段就和飞船团队坐在一起，共用一套有限元模型，从飞行控制联合仿真到机械接口振动响应再到发射流程全部协同。廉洁说，这把传统近半年的星箭迭代周期压缩到了两个月以内，卫星的研发成本降低了近三分之一。

    杨浩亮认为，这是一个信号：中国在空间货物运输上，不再局限于单一型号、单一路径，而是开始形成由多型运载工具共同支撑、相互备份、灵活调配的体系化格局。

    力箭二号要服务的下一个市场，是低轨大星座。国内的国网星座、千帆星座，都需要在有限时间窗口里把大量卫星送上去，靠的不是一次壮举，而是像快递一样反复出发的“航班化发射”。为了实现这个愿景，中科宇航在绍兴柯桥建了一座专用超级工厂，具备年产12发液体火箭的能力，借鉴汽车自动化产线与模块化开发逻辑，有望冲击年产20发。

    至于备受关注的火箭回收，虽然在本次发射中还没实现，但路径已经设计好了。力箭二号后续将换装自研的可重复使用发动机，一子级和助推器不分离，集束式落回来——三个或五个舱段绑在一起着陆，而不是一级一级分开回收。这种方案结构更简单、分离机构更少、落地冲击也更可控，回收部分在全箭里的占比也更高，能更有效地摊薄每次发射的成本。

    目前，中科宇航已经用力鸿一号验证了再入减速和精确落点控制的核心技术，今年还计划用力鸿二号做百公里级的回收试验。