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驭见 | 崔品:打造新一代低成本、高可靠商业运载火箭——在2020云天大会航天大数据产业峰会上的报告

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星河动力(北京)空间科技有限公司副总裁 崔品


星河动力给大家的第一印象可能是一家做发动机的公司,但是其实我们不仅做发动机,还研发火箭。今年11月7日,我们自主研发的商业运载火箭“谷神星一号”在酒泉卫星发射中心成功发射并入轨,也感谢航天驭星多个海外站参与任务,为我们提供了从火箭入轨到星箭分离全程测控服务,并把星箭分离视频传到地面。上边是“谷神星一号”成功入轨之后,酒泉卫星发射中心制作并发布在解放军军网上的一段视频,是对我们工作的高度认可。


 因此,今天我演讲的主题就是——


打造新一代低成本、高可靠商业运载火箭




首先,我想先为大家介绍一下星河动力。星河动力目前主打产品包括“智神星”中型重复使用液体运载火箭和“谷神星”小型固体运载火箭,产品线固、液结合,覆盖全部商业卫星发射运载规模需求。公司由航天资深工程师组建,目前人员规模近100人,航天人占比超过70%。由4位总师和1位总指挥领衔,50余位正副主任设计师,均具有10-20年以上的航天型号研制经验,是国内民营火箭领域最精干高效的顶级团队。在成立不到两年的时间里,就圆满完成了火箭入轨发射任务。

可能很多人会问“你们为什么要造火箭呢”?

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这就要从国家政策说起。2015年之后,国家陆续出台了一些扶持政策,支持民间资本进入航天领域,所以我们在此大趋势之下参与其中。

未来5年,太空互联网将改变世界互联互通方式,前面几位专家已经介绍过;

未来10年,太空旅游将改变人类的旅行方式,如美国菲索斯也开始做太空旅游项目研制;

未来20年,太空采矿将解决地球能源匮乏问题,目前人类发现了很多小行星,都富含一些地球上急需的稀有资源,如果能够实现太空采矿,便可以将小行星上的资源带回地球。

因此,可以说,人类即将开启波澜壮阔的大航天时代!

火箭是太空经济和梦想的载体,也是商业航天产业壁垒最高的领域。那么,市场需要什么样的火箭呢?

从需求来看,目前已经规划了上千颗宽带互联网卫星的发射需求。这类卫星的特点是:数量约3000颗,重量约300kg,轨道高度约1200km。针对宽带互联网星座的发射计划,如果使用60吨-70吨重的火箭搭载1颗卫星,发射轨道1000km左右,大概需要发射3000次;如果使用100吨重的火箭搭载2颗卫星,大概需要发射1500次;如果使用200吨重的火箭搭载3-4颗卫星,大概需要发射750-1000次;如果使用200吨重的火箭搭载6-8颗卫星,大概需要发射375-500次。

目前我国液体运载火箭年产量只有几十发,固体运载火箭年产量只有个位数,因此,我们需要打造一款低成本、高可靠、可重复使用的商业运载火箭。

说到这里,就不得不介绍一下星河动力自主研制的“智神星一号”运载火箭。

“智神星一号”是一款可回收中型液体运载火箭,起飞重量约为220吨-240吨,200km低轨道(LEO)运载能力为4吨,700km太阳同步轨道(SSO)运载能力为2吨。一子级采用7台并联的液氧煤油火箭发动机,这款发动机也是我们自主研制;二子级安装1台可重复使用液体发动机,这款发动机是可变推、可重复使用的。针对后续大型运载入轨需求,可以采用系列化和组合化的方式提升运载能力。

可重复运载火箭的核心技术是深度变推的可重复使用的液体发动机,我们公司研制的液氧煤油火箭发动机,变推比4:1,推重比大于120,重复使用次数为50次。

目前,火箭推动剂有两种,液氧煤油和液氧甲烷。液氧煤油的优势在于煤油密度比冲高、安全性好、临界压力低、炼化技术成熟,并且已经在国外的一些发射任务中成熟使用,证明了液氧煤油发动机最少可重复使用7次。

星河动力研制的可重复使用液体火箭发动机的关键技术包括:

  • 多回流涡异形燃气发生器,于2019年试车成功

  • 双吸同轴分体高速涡轮泵,采用同轴双吸技术,使涡轮泵结构得以进一步简化,总重量相比传统设计减轻了30%~40%,燃烧效率显著提高。

  • 可变面积针栓喷注器。可重复使用50次,国内首创推力深度调节,变面积针栓式喷注技术。

了宽带互联网星座之外,还有窄带互联网星座,这类卫星的特点是:重量约50kg-60kg,轨道高度在500km以内。窄带互联网卫星需要定制专车、快速发射。我们星河动力便研制了这样一款火箭,也就是前面说到的“谷神星一号”。

“谷神星一号”运载火箭火箭箭长19m,直径1.4m,起飞质量30t,起飞推力60t,运载能力为500km太阳同步轨道(SSO)300kg,于2018年11月完成一级发动机试车。2020年7月,“谷神星一号”高精度入轨,偏心率仅为0.000012,得到了客户和军方的高度认可,这也得益于我们使用的自主研发创新的低室压、高比冲上面级。

“谷神星一号”所有的结构系统皆为自主设计研制、委外加工生产;火箭上的中枢神经——电子型产品,创新性地采用一体化设计,即将传统火箭上的遥测系统、外测系统、安控系统三合一,使整个系统更简洁、可靠、成本低,这也在首飞中得到了验证。

“谷神星一号”的成功入轨使星河动力成为了国内民营企业首次发射500km太阳同步轨道卫星的商业公司,也成功验证了星河动力业务卫星商业化的发射能力,并具备开启规模化商业发射条件。

在座嘉宾如有卫星发射需求或载荷搭载需求,欢迎联系星河动力,谢谢大家!

(根据现场录音整理,有删减。)

 

 

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