小火箭送小卫星

沈叶华

本刊2021年第7期介绍了新兴的人造卫星——“立方星”（详情请见《个人拥有卫星不是梦》）。它们个头小、轻便，最小的能放在手掌上，重1千克左右;大一点的能提在手里，3千克上下;最大的也就一个小冰箱大小，大约100千克。立方星制造容易、造价低廉，普通大学、公司都造得起，不少还是出自“学生党”之手，因此普及得快。到目前为止，世界各国已将上千个立方星送人了太空，这些小卫星在太空中各显神通——地球成像、船舶定位、天气预测、航天新技术测试、物联网、太空探索……

小小的立方星做出来后，怎样放飞太空？

在小火箭诞生前，立方星是坐“顺风车”上太空的。当火箭发射传统的大卫星上太空时，把立方星放到角落里，顺道带去，这样运费花不了多少。小小立方星是用不起“专机”的（火箭专程运送），那样的话，运费比自身造价还高。可是，立方星总靠“蹭车”也不是办法：一是立方星制造快，火箭“发车”少，立方星老是等不来“便车”上路;二是传统大卫星作为火箭的“主宾”，人家说走就走，说停就停，“陪客”立方星未到站也得下车，剩下的路自己“走”，多有不便，立方星做梦也想有“私家车”——属于自己的小型火箭啊！

只要有需求，就是商机，就有供应。为立方星量身定做的小型火箭在21世纪初应运而生。小火箭身板小，易制造，发射便捷，成本低廉。完全不必靠举国之力，私人就可当老板。

下面，我们来看看四家美国的私人公司是如何制造和发射小型火箭的。在商言商，做老板的都知道收费越便宜越能招来客户，成本核算使得他们各出奇招，每家公司都有自己的撒手锏。

火箭实验室公司（Rocket lab）

火箭实验室公司成立于2006年，总公司位于美国，分公司位于新西兰。“火箭实验室”研发的二级火箭“电子号”是一枚小型火箭，高18米，直径1.2米，重13吨。“电子号”与大火箭“猎鹰9号”相比，身高是前者的25%，重量是前者的2.6%。将立方星发射到近地轨道，“猎鹰9号”需花费6200万美元，“电子号”只需500万美元。如果数十个立方星同乘“电子号”上太空，把路费分摊下来，每个立方星10万美元就能搞定。迄今为止，“电子号”搭载立方星最多的一次是30个。

“电子号”小型火箭采用碳纤维复合材料制造。碳纤维复合材料是一种新型材料，具有坚韧、轻便的特点。相对使用传统铝材，“电子号”减轻了40%。体重轻了，把它推离地球所需要的力就小，这样可以省下许多燃料费。

“电子号”的发动机基本由3D打印而成。这比传统的制造方式节省了许多劳动成本。打印一台发动机只需24小时（“电子号”共有10台发动机）。制造一枚“电子号”小型火箭只需18天，而且通过改进技术和工艺，以后将缩短到7天。

火箭实验室公司拥有私家发射场，位于新西兰的一座小岛上。小岛四周荒无人烟，发射火箭对周边环境影响很小。2018年1月21日，“电子号”首次成功发射，就打开了小型火箭的商业市场，赢得一张张来自不同国家的发射订单。“电子号”小型火箭至今已发射19次，共将104个立方星送达太空。

相对论空间公司（Relativity Space）

相对论空间公司成立于2015年，由两位二十来岁的年轻人创立。

传统火箭的成本之所以高昂，建造之所以耗时，主要有两个原因：一是原材料需要昂贵的金属材料，而且切削完零部件的边角料多有浪费;二是多如牛毛的零件，多如牛毛的加工工序，多如牛毛的生产工厂，多如牛毛的仓储运输……耗资巨大。

相对论空间公司在小火箭制造上，摈弃传统火箭的制造方式，直接翻篇，全程3D打印！

制造中的“Terran 1”是一个二级火箭，高约30米，直径约2米，属于中小型火箭。从它顶部的整流罩到底部的发动机，几乎全都是3D打印的，其中95%是用特质铝3D打印而成。（余下的5%是芯片、电线、橡胶等）。“Terran 1”只有730个零部件，是现在一般火箭零件数的1.2%。它从打印到发射只需60天，花费约1200万美元。相比之下，传统火箭的制造需2～3年，需花费1亿多美元。

目前，它已打印完成发动机，并通过了测试，其他部件正加紧“打印”。虽然预计2021年底才进行首次试射，但要求搭乘它上太空的立方星已排起长龙，它们来自美国宇航局、美国公司、加拿大公司、泰国公司等。由此可见，大家对3D打印的小火箭是信心满满的。

维修轨道公司（Virgin Orbit）

维珍轨道公司成立于2017年，它使出的奇招是从飞机上发射小火箭。前面介绍的两种小火箭，都是从地面发射进入太空的。地面发射先得有一个发射场，而且发射时总受天气影响——雷暴、闪电、降雨、冰雹、强风，甚至乌云密布、阴霾重重时，均不能发射。说到底，地面发射得看老天爷的脸色！

维珍轨道公司采用的“空中发射”方式，即在飞机飞行途中将小火箭发射出去，这样小火箭来去就自由多了。

“宇宙女孩”原是一架普通的波音747客机，载客飞大西洋航线14年，于2015年退休。隨后它被“返聘”，进行改造：原客机内的座椅、舱顶行李箱等被拆除，原商务舱改造成指挥中心。改造的重点是：在一侧机翼的下方安装了一只“大夹子”，用来“夹住”一枚小火箭。小火箭名叫“发射者一号”，高约21米，重约25吨，为二级火箭，制造它只需15天，制造兼发射的费用为1200万美元。当“宇宙女孩”飞行到10000米高空时，“夹子”松开，小火箭自由落体数秒，然后小火箭上的发动机点火，小火箭冲向万米高空，到达预定轨道后，释放出立方星。

由于不需要在固定的发射场发射，哪儿天气好，飞机就选在哪儿起飞;飞机可飞到最有利于火箭升空的地点（海面上或陆地上），再发射火箭。目前，全世界拥有发射场的国家只有11个，其余180多个国家都没有。今后，这180多个国家发射立方星，都可能用到“空中发射”的方式。

2021年1月，“宇宙女孩”首次成功发射，将10个立方星送入太空。紧接着就收到了多张发射订单，这些订单有英国公司、荷兰公司、波兰公司等。

图1“宇宙女孩”原是一架普通的波音747客机

图2原客机内的座椅、舱顶行李箱等全被拆除（以减轻自身重量，减

少使用燃料）

图3原商务舱改造成指挥中心

图4、5一侧机翼的下方安装了一只“大夹子”，用来“夹住”一枚火箭

图6“发射者一号”高约21米，重约25吨，为二级火箭，15天可完成制造

Aevum公司（Aevum，Inc.）

Aevum公司使出的新招是用无人驾驶飞机Ravn X发射小火箭，它目前主要为美国国防部门服务。

Ravn X长约24米，高约5米，翼展约18米，重约25吨。它从起飞到发射火箭，再到降落机场，全程只需3小时。既然是无人驾驶，它即使在战争中被击落，也不造成人员损失。另外，它发射的筹备时间短，能满足军事上紧迫的发射任务。Ravn X每次的发射费用为500万～700万美元。它已拿到了美国空军、美国太空军、美国国防部等多个政府部门的发射订单。

上面介绍的4家公司只是众多正在研发、制造小型火箭中的几家，还有许多未能介绍，例如：Gilmour Space（澳大利亚公司）、Orbex（英国公司）、PLD Space（西班牙公司）等。中国也有好几家：“蓝箭航天”“星河动力”“深蓝航天”等，可以说每家公司都在撸起袖子加油干，争夺立方星发射的市场份额。

现在，绝大部分的立方星是发射到地球上空，绕地球飞行的。但是，前面说的几家小型火箭公司的目光却不是只停留在地球上空的这“一亩三分地”上，它们目光高远：“火箭实验室”计划在2021年秋发射立方星到月球，在2023年发射到金星;“维珍轨道”计划在2022年发射立方星到火星;“相对论空间”走在最前面，正为人类移居其他星球做着准备呢！

（编辑 文墨）