中國商業火箭的前世、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火箭，同樣是對傳統的繼承。

1990年4月7日，乳白色的長征三號運載火箭矗立在西昌衛星發射中心的發射工位上。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星送入地球同步轉移軌道。那是歷史性的一刻，標志著中國的航天終于邁進了商業化的大門。

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

歷史見證：亞洲一號通信衛星成功發射紀念明信片。

過去之一：從發射外星到在軌交付

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

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

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

但，就是在這個階段，隨著小衛星技術的進步和國外商業航天的興起，新的發射服務商業模式開始在中國萌發。進入21世紀后，長征系列火箭搭載發射國內外小衛星的頻率越來越高。2010年后，小衛星呈現出進入業務主流的趨勢，出現了一大批基于小衛星的商業星座創業企業。傳統的不定期搭載發射已經不能滿足小衛星產業的需求。

這個問題在中國體現得更為突出。作為主力的長征火箭，承擔著繁重的國家任務。新興的商業衛星企業財力有限，很難把獲取發射服務的機會寄托在國外火箭身上。對中國商業火箭的更強烈的需求已經呼之欲出。

過去之二：長征十一號的誕生

2010年前后，國內有單位提出，利用現有導彈技術基礎，研制一種小固體燃料火箭發動機的小型運載火箭。這啟發了航天科技集團公司的領導，航天科技同樣掌握了大直徑固體火箭的基本技術，能不能在武器型號的基礎上開發一種航天運載型號呢？

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

集團公司領導經過考慮，認為當時正在負責某固體型號的楊毅強是最合適的人選。楊毅強對這個新的任務沒有什么思想準備，對他來說，“商業運載火箭”和“發射服務市場”，是另一個部門的業務了。但是從技術發展的脈絡上，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火箭，同樣是對傳統的繼承。讓固體型號的負責人來承擔這項工作，當然再合適不過了。

當時，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。團隊通過調研認為，小衛星和快速響應發射有著不可忽視的前景。團隊以“組網，補網，重構”六個字，抓緊一切機會向集團公司領導和用戶單位宣講。集團公司對此高度重視，組織了評審專家組。經過評審之后，集團公司辦公會快速通過、立項。中國運載火箭發展的一條新戰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”。楊毅強回憶說，當時長征九號還沒有立項，但是集團公司考慮，“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射全紀錄

過去之三：坎坷市場路

在長征十一號研制過程中，小衛星的發展并沒有人們想象的快。即使在體制內，也有相當一部分領導對長征十一號的市場前景表達了憂慮。當時，集團公司一位同志問楊毅強：你搞長征十一號，你的發射計劃在哪？給誰發射，發射什么？

這樣的問題，體現了傳統航天的思維方式。有衛星任務、有明確的部署計劃，才能制定火箭的研制方案和研制計劃。雖然當時集團公司已經開展了國際發射服務的承攬，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，在商業上就是失敗的。當時作為國家任務的小衛星數量并不多、進度不算快，長征十一號團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，楊毅強帶領團隊，廣泛拜訪了第一批商業航天企業，包括長光衛星技術有限公司、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的負責人。這是當時集團運載火箭型號當中，第一個把國內商業衛星當做主要服務對象的。

談及這段歷史，楊毅強笑著說：“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隊印象深刻。歐比特公司研制的珠海一號星座的衛星，單顆質量還不到100千克，10顆衛星總共不到1噸。如果用當時國內的任何其他型號火箭來發射，都是大馬拉小車。搭載發射又不能滿足星座組網進度要求。長征十一號團隊經過研究，認為可以用兩次發射來完成。但按照傳統火箭運力和整流罩內部設置，是做不到的。經過幾個月反復論證，雙方設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、衛星之間的間隔只有毫米級！但，“兩次發射都非常成功！”歐比特公司的董事長顏軍現在談及，語氣中，仍然透著當年的興奮。

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

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

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。不少專業人士評價：如果沒有長征十一號，就沒有中國的商業火箭，就沒有中國商業航天的今天。

現在：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、最早發射成功的。截止2020年12月10日，11發長征十一號全部發射成功。

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

2018年底，中國科學院決定成立空天飛行科技中心。有關的背景，是中科院更加深刻地參與了航天活動，從過去的支持與協助，進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，也在關注一些突破性的關鍵技術。要讓這些技術落實到應用上，就需要成立一個實體。

與此同時，中科院已經在火箭相關領域突破了很多關鍵技術，形成了大量科研成果。但是其中相當大的一部分沒有應用機會，這與NASA的情況非常相似。NASA通過SBIR/STTR（小企業創新研究/小企業技術轉移）機制和SPINOFF（技術轉讓計劃）機制，大量把技術成果轉化給商業企業。對中科院來說，至少航天方面的成果還沒有這樣的轉換機制。

科學衛星的研制和發射需求，也對傳統運載火箭和發射模式提出了新的挑戰。隨著平臺技術的成熟，衛星已經從圍繞平臺開展設計，演變到了圍繞有效載荷開展設計。中科院在科學領域的很多研究需求，最后要落實到實驗設計上，而實驗器材就是衛星的有效載荷?，F有的衛星平臺和火箭，在技術和進度上，都不能與實驗器材匹配得很完美。中科院需要自己開發衛星，進而需要為自己服務的運載器。

經過反復探討，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、特別是力學所的有關科研成果逐步轉化到火箭公司里，形成一種全新理念的火箭，首先為中科院的衛星發射任務服務，進而走向市場，為國內外衛星業主提供高水平的發射服務，建構并形成商業發射服務市場的新格局，推動航天技術更快、更好地服務于人民生活和社會發展。

經過仔細籌劃和運作，北京中科宇航探索技術有限公司正式成立，由楊毅強擔任法定代表人兼董事長，承擔起了從科研界到產業界的成果轉化角色。中科宇航目前正在通過多渠道的成果轉化，研制中科一號系列固體運載火箭，并將在2021年內進行首次發射。屆時，這枚世界上最大的固體燃料運載火箭，將為商業航天展示一個完全不同的未來。

站在未來的門檻上

在可預見的將來，人類依然要靠化學能火箭進入宇宙?；鸺倪\載能力，依然不能突破化學燃料比沖的限制。但這并不意味著火箭制造者們沒有發揮的余地，馬斯克已經為我們證明了，傳統火箭依然有大量的潛力可以挖掘。今天的火箭在結構、材料、控制、燃燒效率、可重復使用、生產規模效應、發射活動的流程優化等諸多方面，還有大量值得突破和顛覆的地方。

隨著地月經濟逐漸成為現實，人類對航天發射的需求可能要比現在擴大許多倍。從地球到月球、拉格朗日點、近地小行星之間的人員往返，空間基礎設施建設所需要的物資、設備送達，外星球或者空間產品返回地球……需要更多、更強的發射服務，需要遠比現在更大的運載火箭。有人曾經用波音737客機作為樣本，提出對未來天地往返運輸系統的設想：運載比盡量高、能每天不間斷地頻繁使用、價格低廉、維修和保養簡單。

這其中的實質，是航天要回歸工業化的本質。只有為大眾服務，才能成為真正的工業技術。如果航天僅僅滿足于為大客戶發射幾顆衛星的需要，顯然是不夠的。一定是為普通大眾服務，航天才成為工業技術，才能從一個工藝品變成一個工業品，才能產業化。商業航天本身實際就是航天本身工業化的回歸，就像飛機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，在經歷了這樣的一個過程后，走進了千家萬戶。航天只有商業化，才能走下神壇，走入尋常百姓家。

雖然火箭不可能達到波音客機那樣的運載比，但是大大降低使用成本和提高飛行頻率，卻是應該追求和可以實現的。

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

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

大勢所驅，迎頭而上，為識時務者。但，其中最值得鼓勵和支持的，是敢于大膽創新、勇于進取和不斷挑戰的精神與文化。

這，何嘗不是商業航天的希望與未來。

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、現在、未來三世。

其實不僅僅是人，一個產業或者一個細分市場，同樣可以用過去、現在、未來的理念來看待和理解。

中國的發射服務產業從走向國際市場、初試啼聲，到回歸國內市場、為商業航天提供支撐，已經走完了自己的前世，正在今生當中奮力求索，未來如何，還需要今天的我們，共同攜手去創建。