民营火箭新战绩！“谷神星一号”成功入轨500公里太阳同步轨道

　　轰~伴随着一声轰鸣，一枚黑色涂装的火箭腾空而起，在天空中划过一道白色的尾烟，直至消失在天际尽头，几公里外的观看现场响起一阵欢呼。
　　2020 年 11 月 7 日 15 点 12 分，酒泉卫星发射中心公布，由中国民营航天公司北京星河动力装备科技有限公司（简称：星河动力）自主研制的 “谷神星一号（遥一）简阳号” 运载火箭首发成功，顺利将国电高科天启星座十一星精确送入预定轨道。

　　图 | “谷神星一号” 运载火箭首发（来源：DeepTech）
　　“谷神星一号” 是一枚四级固体运载火箭，一二三级采用固体发动机，四级为先进液体上面级，火箭直径 1.4m，全长 19m，起飞质量 31t，500km 太阳同步轨道上的运载能力为 300kg。

　　图 | 围观的人群（来源：摄影师陈肖）
　　这是酒泉卫星发射中心组织的第 4 次民商火箭发射，也是民营火箭第二次入轨成功。

　　图 | 火箭升空（来源：摄影师陈肖）
　　星河动力自此也成为国内首家首次发射即挑战 500 公里 SSO 太阳同步轨道的民营火箭企业，也是全球从公司成立到实现入轨所花费时间最短的民营火箭公司。

　　图 | 谷神星一号（来源：摄影师陈肖）
　　在这次发射任务中，垂直自瞄准、矢量固体推力控制等技术也在中国民营商业运载火箭上首次应用。
　　同时，借助火箭末子级离轨钝化，星河动力与北京航天方舟空间技术有限公司联合开展了 “商业返回式卫星变轨再入” 关键技术验证。
　　载荷方面，此次发射搭载的是天启物联网星座十一星，由上海埃依斯航天科技有限公司负责研制，北京国电高科科技有限公司负责运营应用。
　　该卫星转入在轨平台及载荷测试阶段的两周后，预计可面向全球提供数据通信服务。

　　图 | 谷神星一号背部（来源：摄影师陈肖）
　　据悉，火箭之所以叫“简阳”号，是因为星河动力计划在成都市空天产业功能区建设 “星河动力运载火箭项目”，该项目计划总投入约 15 亿元，固定资产投入约 5 亿元，未来将建商业火箭研发中心及智能制造基地，基地位置在成都市简阳市。届时，项目建成后可实现年产值约 10 亿元，利润约 3 亿元，提供就业岗位约 300 个。
　　“民营火箭头部公司”
　　2020 年 9 月，星河动力已完成 2 亿元 A 轮融资。本轮融资由华强资本领投，元航资本、联储关天等跟投。资金将用于加快液体运载火箭 “智神星一号” 的相关研发工作和固体运载火箭 “谷神星一号” 的批产能力配置。
　　元航资本创始合伙人、星河动力的投资人陈东告诉 DeepTech：“大量的卫星在等火箭，星河动力虽然今天只是首飞，但据我了解已经预定出了至少三枚火箭。”
　　火箭发射本身很残酷，是所有创业项目中最残酷的一种，因为它没有中间状态，非成即败，即便你做对了 1000 个步骤，只要一个地方错了可能就失败了。
　　这次成功发射，是中国民营火箭行业第一次能够投入实用。星际荣耀在 2019 年 7 月 25 日的发射，是所有的中国民营火箭企业第一次入轨成功，当时火箭轨道高度为 300 多公里高的近地轨道。
　　星河动力这次的 500 公里太阳同步轨道更高，也借此成为民营火箭目前成功发射最高的一次。其次在于，本次发射了国电高科物联网卫星的一颗业务星，这颗卫星打上去就是“要干活”的，发射任务本身不是科学实验和火箭测试，它上来就要发挥作用。
　　火箭成功发射之后，能不能快速形成量产、形成稳定的发射能力，这是所有民营火箭公司的一个挑战，如果星河动力的下一步动作，能够形成连续稳定发射能力，那说明团队技术比较扎实。
　　民营火箭公司的市场机会有多大？
　　据陈东介绍，在国家把卫星互联网纳入新基建行业之后，商业航天的市场非常可观，前不久中国向国际电联提交了国家卫星发射计划，由于发射任务庞大，而运载量有限，这才有民营航天的机会。
　　因此，国防和商业意义也十分重大。按照国际电信联盟的规定，申请完轨道资源之后，需要按照约定进行发射任务，未来 5 年可能需要发射数千颗卫星。
　　中国去年发射 34 次航天任务，这已在全球范围内已经很高。美国也不过 21 次，但类似于 SpaceX 这样的商业火箭公司，其运载能力和运载量都比较大。陈东表示：“对于我们国家来说，几千颗卫星的发射任务，压力可想而知，而且即便中国的卫星研制出来了，但是适合发射他们的火箭还没就位。”
　　但他也指出，挑战越大，民营火箭的市场就越大，市场对于能投入实用的火箭是种 “饥渴” 状态。需要国家队和民营火箭一起上才能满足任务需求，光火箭发射这一领域，每年可能就有约 100 亿元人民币的市场。
　　谈及固体火箭在市场中可发挥的能力，陈东告诉 DeepTech，固体火箭可以非常方便地进行零散发射任务，比如将来星座的补网，其研发周期短、产业配套比较成熟，成本比较划算，也能给民营火箭公司初级发展带来现金流，是一种比较稳扎稳打的方式，而且固体火箭、液体火箭有不少共性技术，也能为将来液体火箭的研发打下基础。当然，未来大规模批量发射，还是要看大中型液体火箭的发射能力。他补充道：“我比较认可星河动力这种技术路线，采用固液并举的研发布局方式，作为一家民营商业恭送来说这种路线成功率会比较高。”
　　提到民营火箭赛道的特点，陈东表示，火箭发射通常只占整个商业航天产业链的很小一部分，大概 5%，大头是卫星应用部分，但为什么值得投资？因为这个赛道的玩家非常少。门槛比较高，但是每家的盈利空间非常可观。假设星河动力能形成火箭批量能力，比如到 2021 年能年产 20 发固体火箭，一发的发射费用按 4000 万算的话，那么 20 发就有 8 个亿的营收。
　　“国家队” 出身，始终秉持中国航天 “严慎细实” 的工作作风
　　星河动力（北京）空间科技有限公司成立于 2018 年 2 月，是一家商业化运载火箭方案提供商，致力于实现低成本的火箭发射任务。成立之初，星河动力发布了 “谷神星”“智神星” 两型商业运载火箭研制计划。
　　其中 “谷神星” 主要承担小型固体运载火箭发射服务，“智神星” 则用于中型液体运载火箭发射服务。
　　2018 年 5 月，“谷神星” 火箭一级发动机自主设计完成；同年 9 月，“谷神星” 火箭一级发动机加工制造完成；10 月，完成 “谷神星” 火箭 200N 上面级姿控发动机试车；11 月，完成 “谷神星 “火箭一级发动机试车。
　　2018 年 12 月，随着团队规模的扩大，“智神星” 液体火箭项目启动，可重复使用液氧 / 煤油发动机通过内部立项；

　　图 | 星河动力“智神星”火箭主发动机
　　2019 年 1 月，完成 “谷神星 “火箭 25N 上面级姿控发动机试车；同年 4 月，完成 “谷神星 “火箭 2000N 轨控发动机试车；
　　7 月，“谷神星 “火箭三合一试验方案通过评审、“智神星” 火箭主发动机（中国 “Merlin”）燃气发生器热试车完成；

　　图 | 一二级级间热分离仿真流场云图
　　2019 年 9 月，“谷神星” 火箭三合一试验圆满成功，12 月，“谷神星 “火箭三级发动机试车完成。
　　2020 年 2 月，完成 “苍穹” 40 吨液氧 / 煤油发动机大范围变工况涡轮泵齐套交付。5 月，完成 Y1 火箭上面级轨姿控发动机高空模拟热试车、完成 “谷神星一号 / Y1” 整流罩分离、惯组精振、上面级全系统冷试等试验；

　　图 | “苍穹”40吨液氧/煤油发动机
　　7 月，完成 “苍穹” 液氧 / 煤油发动机 大范围变工况涡轮泵水力试验、完成 “谷神星一号 / Y1” 先进上面级姿轨控动力系统全系统热试车、完成 “谷神星一号 / Y1” 电气系统全箭发火试验；紧接着，“谷神星一号” 全箭与地面设备匹配试验圆满成功。

　　图 | “谷神星一号”全箭与地面设备匹配试验
　　此前，围绕 “谷神星一号” 运载火箭，星河动力已开展几项创新：自主研制低室压、高比冲、高装填比的姿轨控动力系统，实现了减重增效；采用面向低燃料消耗的火箭滚动通道简约控制技术，实现了运载效率大幅提升；首创基于三维实体建模和参数正交化的火箭模态精确预示方法，预示精度提升一个数量级。
　　在液体火箭方面，星河动力规划了二级中型液体运载火箭 “智神星一号”，主打 LEO 和 SSO 轨道的一箭多星集群发射，其 LEO 4 吨、SSO 2 吨的运力与 “长征二号丙” 大致相当。
　　“智神星一号” 是新一代绿色环保可重复使用液氧 / 煤油中型液体火箭，采用与 SpaceX “猎鹰 9” 火箭类似的多发并联先进构型，目前液体火箭已经完成总体设计。
　　“苍穹” 液体火箭发动机的推力设定来源于火箭总体设计从上而下的推算，得出 40 吨的黄金推力值，采用 7 发并联可为中型火箭提供 280 吨的足够大的起飞推力，火箭下降回收时开启中间一台发动机经由发动机优异的变推能力提供，足够小的 10 吨级的下降缓冲推力。

　　图 | 星河动力 “苍穹” 液氧 / 煤油火箭发动机及 “边界” 轨姿控动力系统
　　据介绍，“苍穹” 液体火箭发动机是中国第一款、世界第二款面向可重复使用设计的中等推力泵压式液氧 / 煤油发动机，如上图所示，“苍穹” 对标 SpaceX “梅林” 系列液氧 / 煤油发动机，该发动机海平面标称推力 40 吨，最大推力 50 吨，真空型真空推力 60 吨，技术水平大致位于 “梅林 - 1C” 与 “梅林 - 1D” 之间，已经完成详细设计和大部件制造。

　　

　　图 | 星河动力主要融资历程
　　据悉，星河动力的主要业务是打造高可靠、低成本的新一代可重复使用商业运载火箭，从而为全球太空运输产业提供商业发射服务解决方案，以及为太空资源开发提供航天动力。
　　在该公司的中期规划中，待 “智神星一号” 中型液体火箭成熟后，将采用一枚 “智神星一号” 与两枚 “智神星一号” 一子级构成 CBC 构型的捆绑式大中型液体运载火箭 “智神星二号”，并由 21 台 “苍穹” 发动机提供 840 吨的起飞推力，将 LEO 运力由长二丙的 4 吨提高到长征七号的 14 吨的级别，届时可适用于几乎所有类型商业卫星的发射。
　　据星河动力介绍，负责固体火箭总体设计工作的正副总分别来自于航天科工四院和航天科技一院的 80 后专家，在体制内担任国家重点型号的副总师或总师助理，其创始团队及技术骨干来自于航天科技一院（液体及固体火箭总体设计）、航天科技四院（固体火箭发动机设计）、航天科工四院（固体火箭总体设计）和航天科技六院（液体火箭发动机设计）。
　　作为投资方的元航资本，也比较认可星河动力的专业素养和含金量，创始团队离开体制后依然秉持中国航天 “严慎细实” 的工作作风，在民营商业航天崭新的平台上以更高的效率继续发挥着光和热，中国国有航天系统 60 年来积累下来的完整的配套产业链，也给民营商业航天的成长提供了土壤。

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