沈葉華

本刊2021年第7期介紹了新興的人造衛(wèi)星——“立方星”（詳情請見《個人擁有衛(wèi)星不是夢》）。它們個頭小、輕便，最小的能放在手掌上，重1千克左右;大一點的能提在手里，3千克上下;最大的也就一個小冰箱大小，大約100千克。立方星制造容易、造價低廉，普通大學(xué)、公司都造得起，不少還是出自“學(xué)生黨”之手，因此普及得快。到目前為止，世界各國已將上千個立方星送人了太空，這些小衛(wèi)星在太空中各顯神通——地球成像、船舶定位、天氣預(yù)測、航天新技術(shù)測試、物聯(lián)網(wǎng)、太空探索……

小小的立方星做出來后，怎樣放飛太空？

在小火箭誕生前，立方星是坐“順風(fēng)車”上太空的。當(dāng)火箭發(fā)射傳統(tǒng)的大衛(wèi)星上太空時，把立方星放到角落里，順道帶去，這樣運費花不了多少。小小立方星是用不起“專機”的（火箭專程運送），那樣的話，運費比自身造價還高。可是，立方星總靠“蹭車”也不是辦法：一是立方星制造快，火箭“發(fā)車”少，立方星老是等不來“便車”上路;二是傳統(tǒng)大衛(wèi)星作為火箭的“主賓”，人家說走就走，說停就停，“陪客”立方星未到站也得下車，剩下的路自己“走”，多有不便，立方星做夢也想有“私家車”——屬于自己的小型火箭??！

只要有需求，就是商機，就有供應(yīng)。為立方星量身定做的小型火箭在21世紀(jì)初應(yīng)運而生。小火箭身板小，易制造，發(fā)射便捷，成本低廉。完全不必靠舉國之力，私人就可當(dāng)老板。

下面，我們來看看四家美國的私人公司是如何制造和發(fā)射小型火箭的。在商言商，做老板的都知道收費越便宜越能招來客戶，成本核算使得他們各出奇招，每家公司都有自己的撒手锏。

火箭實驗室公司（Rocket lab）

火箭實驗室公司成立于2006年，總公司位于美國，分公司位于新西蘭?！盎鸺龑嶒炇摇毖邪l(fā)的二級火箭“電子號”是一枚小型火箭，高18米，直徑1.2米，重13噸?！半娮犹枴迸c大火箭“獵鷹9號”相比，身高是前者的25%，重量是前者的2.6%。將立方星發(fā)射到近地軌道，“獵鷹9號”需花費6200萬美元，“電子號”只需500萬美元。如果數(shù)十個立方星同乘“電子號”上太空，把路費分?jǐn)傁聛?，每個立方星10萬美元就能搞定。迄今為止，“電子號”搭載立方星最多的一次是30個。

“電子號”小型火箭采用碳纖維復(fù)合材料制造。碳纖維復(fù)合材料是一種新型材料，具有堅韌、輕便的特點。相對使用傳統(tǒng)鋁材，“電子號”減輕了40%。體重輕了，把它推離地球所需要的力就小，這樣可以省下許多燃料費。

“電子號”的發(fā)動機基本由3D打印而成。這比傳統(tǒng)的制造方式節(jié)省了許多勞動成本。打印一臺發(fā)動機只需24小時（“電子號”共有10臺發(fā)動機）。制造一枚“電子號”小型火箭只需18天，而且通過改進(jìn)技術(shù)和工藝，以后將縮短到7天。

火箭實驗室公司擁有私家發(fā)射場，位于新西蘭的一座小島上。小島四周荒無人煙，發(fā)射火箭對周邊環(huán)境影響很小。2018年1月21日，“電子號”首次成功發(fā)射，就打開了小型火箭的商業(yè)市場，贏得一張張來自不同國家的發(fā)射訂單。“電子號”小型火箭至今已發(fā)射19次，共將104個立方星送達(dá)太空。

相對論空間公司（Relativity Space）

相對論空間公司成立于2015年，由兩位二十來歲的年輕人創(chuàng)立。

傳統(tǒng)火箭的成本之所以高昂，建造之所以耗時，主要有兩個原因：一是原材料需要昂貴的金屬材料，而且切削完零部件的邊角料多有浪費;二是多如牛毛的零件，多如牛毛的加工工序，多如牛毛的生產(chǎn)工廠，多如牛毛的倉儲運輸……耗資巨大。

相對論空間公司在小火箭制造上，擯棄傳統(tǒng)火箭的制造方式，直接翻篇，全程3D打印！

制造中的“Terran 1”是一個二級火箭，高約30米，直徑約2米，屬于中小型火箭。從它頂部的整流罩到底部的發(fā)動機，幾乎全都是3D打印的，其中95%是用特質(zhì)鋁3D打印而成。（余下的5%是芯片、電線、橡膠等）?！癟erran 1”只有730個零部件，是現(xiàn)在一般火箭零件數(shù)的1.2%。它從打印到發(fā)射只需60天，花費約1200萬美元。相比之下，傳統(tǒng)火箭的制造需2～3年，需花費1億多美元。

目前，它已打印完成發(fā)動機，并通過了測試，其他部件正加緊“打印”。雖然預(yù)計2021年底才進(jìn)行首次試射，但要求搭乘它上太空的立方星已排起長龍，它們來自美國宇航局、美國公司、加拿大公司、泰國公司等。由此可見，大家對3D打印的小火箭是信心滿滿的。

維修軌道公司（Virgin Orbit）

維珍軌道公司成立于2017年，它使出的奇招是從飛機上發(fā)射小火箭。前面介紹的兩種小火箭，都是從地面發(fā)射進(jìn)入太空的。地面發(fā)射先得有一個發(fā)射場，而且發(fā)射時總受天氣影響——雷暴、閃電、降雨、冰雹、強風(fēng)，甚至烏云密布、陰霾重重時，均不能發(fā)射。說到底，地面發(fā)射得看老天爺?shù)哪樕?/p>

維珍軌道公司采用的“空中發(fā)射”方式，即在飛機飛行途中將小火箭發(fā)射出去，這樣小火箭來去就自由多了。

“宇宙女孩”原是一架普通的波音747客機，載客飛大西洋航線14年，于2015年退休。隨后它被“返聘”，進(jìn)行改造：原客機內(nèi)的座椅、艙頂行李箱等被拆除，原商務(wù)艙改造成指揮中心。改造的重點是：在一側(cè)機翼的下方安裝了一只“大夾子”，用來“夾住”一枚小火箭。小火箭名叫“發(fā)射者一號”，高約21米，重約25噸，為二級火箭，制造它只需15天，制造兼發(fā)射的費用為1200萬美元。當(dāng)“宇宙女孩”飛行到10000米高空時，“夾子”松開，小火箭自由落體數(shù)秒，然后小火箭上的發(fā)動機點火，小火箭沖向萬米高空，到達(dá)預(yù)定軌道后，釋放出立方星。

由于不需要在固定的發(fā)射場發(fā)射，哪兒天氣好，飛機就選在哪兒起飛;飛機可飛到最有利于火箭升空的地點（海面上或陸地上），再發(fā)射火箭。目前，全世界擁有發(fā)射場的國家只有11個，其余180多個國家都沒有。今后，這180多個國家發(fā)射立方星，都可能用到“空中發(fā)射”的方式。

2021年1月，“宇宙女孩”首次成功發(fā)射，將10個立方星送入太空。緊接著就收到了多張發(fā)射訂單，這些訂單有英國公司、荷蘭公司、波蘭公司等。

圖1“宇宙女孩”原是一架普通的波音747客機

圖2原客機內(nèi)的座椅、艙頂行李箱等全被拆除（以減輕自身重量，減

少使用燃料）

圖3原商務(wù)艙改造成指揮中心

圖4、5一側(cè)機翼的下方安裝了一只“大夾子”，用來“夾住”一枚火箭

圖6“發(fā)射者一號”高約21米，重約25噸，為二級火箭，15天可完成制造

Aevum公司（Aevum，Inc.）

Aevum公司使出的新招是用無人駕駛飛機Ravn X發(fā)射小火箭，它目前主要為美國國防部門服務(wù)。

Ravn X長約24米，高約5米，翼展約18米，重約25噸。它從起飛到發(fā)射火箭，再到降落機場，全程只需3小時。既然是無人駕駛，它即使在戰(zhàn)爭中被擊落，也不造成人員損失。另外，它發(fā)射的籌備時間短，能滿足軍事上緊迫的發(fā)射任務(wù)。Ravn X每次的發(fā)射費用為500萬～700萬美元。它已拿到了美國空軍、美國太空軍、美國國防部等多個政府部門的發(fā)射訂單。

上面介紹的4家公司只是眾多正在研發(fā)、制造小型火箭中的幾家，還有許多未能介紹，例如：Gilmour Space（澳大利亞公司）、Orbex（英國公司）、PLD Space（西班牙公司）等。中國也有好幾家：“藍(lán)箭航天”“星河動力”“深藍(lán)航天”等，可以說每家公司都在擼起袖子加油干，爭奪立方星發(fā)射的市場份額。

現(xiàn)在，絕大部分的立方星是發(fā)射到地球上空，繞地球飛行的。但是，前面說的幾家小型火箭公司的目光卻不是只停留在地球上空的這“一畝三分地”上，它們目光高遠(yuǎn)：“火箭實驗室”計劃在2021年秋發(fā)射立方星到月球，在2023年發(fā)射到金星;“維珍軌道”計劃在2022年發(fā)射立方星到火星;“相對論空間”走在最前面，正為人類移居其他星球做著準(zhǔn)備呢！

（編輯 文墨）