2022年，對于中國航天而言是一個快速發(fā)展的豐收之年，航天發(fā)射次數(shù)、航天器發(fā)射數(shù)量再創(chuàng)歷史新高，多型運載火箭實現(xiàn)了首飛。2023年，中國航天繼續(xù)保持快速發(fā)展勢頭，還將迎來一批新型火箭的首飛，比如國家隊的“長征六號丙”，商業(yè)航天隊伍天兵科技的“天龍二號”。

天兵科技以中型液體火箭開局

“天龍二號”（TL-2）運載火箭由北京天兵科技有限公司研制，為三級中型液體運載火箭。該箭芯一級、芯二級、整流罩直徑均為3.35米，芯一級、芯二級均采用液氧煤油推進劑。

該箭首飛箭（“張家港號”）芯一級配備3臺液發(fā)-102（YF-102）發(fā)動機，該發(fā)動機采用開式循環(huán)，單臺海平面推力620千牛（約63.3噸），海平面比沖不小于275.5秒，推重比不低于130，采用泵前擺動，可雙擺6度；芯二級配備“天火-11”（TH-11）發(fā)動機，采用閉式補燃循環(huán)，真空推力300千牛（約30.6噸），真空比沖346秒，推重比130，采用泵前擺動；上面級配備“天火-31”（TH-31）空間發(fā)動機，采用常溫液體推進劑NTO/MMH（四氧化二氮/一甲肼），包含1臺3000牛軌控發(fā)動機和8臺150 牛姿控發(fā)動機，真空比沖306秒，其中3000牛發(fā)動機可啟動不少于20次，150牛發(fā)動機可啟動不少于2000次，該上面級支持一箭多星部署。

“天龍二號”箭長32.8米，起飛質(zhì)量150噸，起飛推力190噸，推重比1.27，其近地軌道（LEO）運力2噸，運載系數(shù)1.33%，500千米太陽同步軌道（SSO）運力1.5噸，運載系數(shù)1%。與同級別液體運載火箭相比，“天龍二號”的運載效率處于中等水平，并不突出，屬于入門級產(chǎn)品。不過，“天龍二號”首飛箭一級采用的是來自中國航天科技集團六院的液發(fā)-102，之后在一級換裝天兵科技自研的比沖更高的“天火-11”發(fā)動機以后，運力還有顯著提升空間。

按計劃，“天龍二號”將于2023年實現(xiàn)首飛。和之前完成火箭首飛的商業(yè)航天企業(yè)不同，天兵科技將以中型低溫液體火箭開局，可謂高起點直接進入商業(yè)航天發(fā)射主賽道，整體技術實力非同一般。

開世界商業(yè)航天先河，先進發(fā)動機支撐回收復用

在“天龍二號”首飛箭上，一級配備的是液發(fā)-102液氧煤油發(fā)動機，而后將替換成天兵科技傾注心力打造的“天火-11”液氧煤油發(fā)動機，實現(xiàn)設計的火箭配置。

“天火-11”是我國民營航天唯一的可重復使用補燃循環(huán)液氧煤油火箭發(fā)動機，也是世界商業(yè)航天領域首臺閉式循環(huán)液氧煤油發(fā)動機?！疤旎?11”發(fā)動機供應壓力達到35MPa、燃燒壓力達到10MPa，保證了所有推進劑進入推力室參與燃燒并產(chǎn)生推力，實現(xiàn)推進劑在最優(yōu)的狀態(tài)下釋放熱量，能量利用率高，發(fā)動機比沖比開式循環(huán)高約10%，真空比沖達到346秒。

“天火-11”發(fā)動機可實現(xiàn)50%-110%的可變推力，重復啟動次數(shù)大于3次。同時，閉式循環(huán)液氧煤油發(fā)動機具有渦輪燃氣溫度低、燃燒穩(wěn)定性好、無積碳等優(yōu)點，發(fā)動機復用次數(shù)大于50次，這些條件使得“天火-11”具備了可復用的能力，也將支持“天龍二號”芯一級實現(xiàn)多次回收復用。

多管齊下打造“廉價火箭”

對于商業(yè)航天而言，較低的成本始終是最大的競爭優(yōu)勢之一，也是實現(xiàn)大規(guī)模航天探測的必由之路，所以降低成本始終都是商業(yè)火箭研制的優(yōu)先項。

“天龍二號”為商業(yè)航天而生，從研制之初就充分考慮了成本因素。以發(fā)動機和貯箱為例，“天火-11”80%以上組件由不銹鋼或高溫合金鋼3D打印而成，包括燃氣發(fā)生器、推力室、渦輪泵、集成閥門殼體等核心組件，是國內(nèi)尺寸最大的3D打印發(fā)動機。相對于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，3D打印發(fā)動機整體結(jié)構緊湊，組件數(shù)量減少80%，制造周期縮短70%～80%，成本降低40%～50%。發(fā)動機推重比達到100以上，在世界同量級發(fā)動機中處于領先水平。

在一級氧箱設計中箱體采用了國內(nèi)成熟可靠的LD10鋁合金，原材料供應廣泛且成本可控；箱底和筒段全面應用自動化攪拌摩擦焊和熔焊技術，減少了焊縫和拼接數(shù)量，可使生產(chǎn)效率至少提高30%，研制成本降低20%以上。

可以說“商業(yè)航天，成本關天”，如果商業(yè)航天企業(yè)能以較低的成本進場，無疑是為參與賽道競爭奠定了最大的優(yōu)勢之一。

采用“三平”測發(fā)模式，實現(xiàn)“無依托發(fā)射”

“天龍二號”采用“三平”測發(fā)模式，即火箭實現(xiàn)水平總裝、水平測試、水平轉(zhuǎn)運，相對于垂直模式，“三平”發(fā)射無需在技術保障區(qū)建設大規(guī)模垂直總裝測試配套設施，對發(fā)射區(qū)地面設施、道路運輸、車輛運輸?shù)纫筝^低，具備了良好的經(jīng)濟實用性。

為了支持“天龍二號”的發(fā)射，天兵科技研制了包含發(fā)射架、發(fā)射臺等設施的地面發(fā)射系統(tǒng)，僅需一塊平整的硬化水泥場坪即可完成起豎、測試、加注、發(fā)射工作，即無需建造發(fā)射塔架、導流槽，所有發(fā)射設備不依賴某個特定發(fā)射場，實現(xiàn)了高效靈活的“無依托發(fā)射”。

基于“三平”測發(fā)模式和可移動的地面發(fā)射系統(tǒng)，“天龍二號”成為了“自帶體系”的火箭，可以適應每一個發(fā)射場，實現(xiàn)哪個發(fā)射場有空就去哪里發(fā)射，響應速度將遠遠超過傳統(tǒng)的液體運載火箭。

作為民營商業(yè)航天企業(yè)，天兵科技推出“天龍二號”瞄準的是國內(nèi)外小衛(wèi)星及星座衛(wèi)星發(fā)射需求，依托可復用、低成本、快響應等突出優(yōu)勢，“天龍二號”將成為商業(yè)航天發(fā)射市場上的一支新銳力量，期待“天兵”射“天龍”！

作者：大白高國