中国航天发射2018全球第一背后的“冷”思考

2018年12月29日,我国长征二号丁火箭在酒泉卫星发射中心顺利升空,鸿雁星座首颗试验星成功入轨为中国航天2018完美收官。这一年,全球航天发射达到114次,年度发射总次数重新回到百次时代,开创了近30年来的历史最高纪录。上一次全球航天全年发射超百次还要追溯到1990年,当时的数字是121次。

在这114次发射当中,中国数量占比最大,共39次,占比超过1/3,并首次成为全球年发射次数最多的国家。第二名美国共发射31次,第三名俄罗斯17次。

别人说我们是世界第一

中国航天在2018年取得的成绩受到国际同行的广泛关注和肯定。

2018年12月24日,美国海军战争学院教授Joan Johnson在《麻省理工科技评论》发表了题为“2018年中国比任何其他国家发射更多进入轨道的火箭”的文章。Joan称,2018年,中国在航天领域取得的成果远超其他国家,发射火箭数量稳居全球第一。未来几年,中国航天计划更加远大,包括世界最大太空望远镜、世界最重的火箭长征9、以及一个能够比肩国际空间站的太空设施。这些项目将在中国航天的未来数年内一一实现。

随后,SpaceX的CEO马斯克在推特上感慨称:中国在太空领域的进展令人惊叹,今年他们火箭的发射量首次超过美国。马斯克引用了《科学美国人》杂志上标题为《China is once again on the threshold of a historic first in its fast-paced exploration of Earth’s moon》的报道。文章称,中国在全球激烈的探月工程中再次踏出了历史的一步,成为世界第一个登陆月球背面的国家,中国将进入月球不明地带(Luna Incognita)。

我们说我们创造了历史

全球登顶——数量第一。人民日报海外版将2018年定义为“璀璨太空中国年”。2018年,中国航天发射次数较2017年的18次翻了一倍有余,不仅创下中国年度航天发射频次纪录,更是首次超越美国,独居全球第一。在这39次火箭发射中,仅有一次发射失利,那就是来自于航天初创企业蓝箭的朱雀一号。

代表人类——首登月背。2018年12月8号,嫦娥四号月球探测器成功发射,并于今年1月3日在月球背面顺利着陆。虽然人类曾20次造访月球,但均停留在月球正面。月球背面由于信号受月球本体阻隔,比正面登陆要难得多。中国利用中继卫星“鹊桥号”作为信息中转站,打破了月球背面通信受阻的障碍,成功实现了月球背面软着陆,不仅验证了远端通信和轨道精确控制技术,也为2019年嫦娥五号的登陆及返回打下了坚实的基础。

美国NASA局长Jim Bridenstine当天发文称:这是人类史上的首次,更是一项“令人印象深刻的成就!”

刷新纪录——中国速度。365天,11次发射,20颗北斗卫星,最短发射间隔17天,这就是“中国速度”。2018年间,我国长征系列火箭先后为北斗卫星导航系统完成了11次发射任务,将19颗北斗三号星和1颗北斗二号星送入预定轨道,实现北斗三号全球组网基本模式,正式向“一带一路”国家和地区提供基本导航服务。北斗三号导航定位精度提升至2.5米至5米,较北斗二号提升了1至2倍。

民营升空——虽败犹荣。星际荣耀、零壹空间等民营企业先后发射了固体亚轨道火箭和探空火箭。2018年10月27日,蓝箭航天的“朱雀一号”在酒泉卫星发射中心搭载着微小卫星“未来号”发射升空,成为我国首枚尝试入轨的民营运载火箭,开创了中国民营火箭参与航天事业的先河。但由于三级火箭出现异常,卫星最终未能入轨。虽然此次发射任务失败,但民营火箭公司已打通了火箭发射全过程中的能力链、供应链、体系链及发射链是不争的事实。

航天事业风险较高,即使如日中天的商业火箭公司SpaceX,在成功之前还经历了三次爆炸事故,第一次成功已是创业6年后,而蓝箭航天才成立仅仅3年多而已,即开始尝试技术难度最高的液体火箭,其取得的成就有目共睹。

其实,我们离真正的第一还有很大差距

航天器数量及载荷量:据不完全统计,2018年,全球共成功发射了414颗航天器,包括重型猎鹰火箭发射的特斯拉跑车。其中,美国共发射了130颗,排名第一,中国106颗,是唯二两个发射超过百个航天器的国家,占据全球总量的57%。印度发射了68颗,俄罗斯56颗,分别位列3、4位。

在总体载荷量方面,美国也是遥遥领先,航天器总载荷量约150吨,中国总载荷量约65吨。可以看出,虽然美国发射次数低于中国,但其单次平均发射载荷量4.8吨,是中国1.7吨的2倍多。


楼主 沙花天堂  发布于 2019-01-19 21:18:00 +0800 CST  
卫星种类及产业:从卫星的大小来看,美国的130颗航天器中,微小卫星比例达79%,中国为48%。微小卫星作为卫星产业未来发展的重要趋势,一定程度反映了该国卫星商业市场的热度和深度。

从卫星的所属类型来看:中国遥感卫星最多,主要来源于高分、风云、海洋以及民营企业的高景和遥感微小卫星等。美国则以通信卫星居首,占发射总量的40%,主要来源于铱星公司的新一代铱星计划——利用微小卫星星座打造的全球性卫星移动通信系统。2018年,铱星公司共发射了25颗新一代铱星,未来还将发射近50颗。

差异较大的另一方面在于导航卫星。中国2018年度共发射导航卫星20颗,未来还有16颗待发射,以进一步完成全球组网。美国GPS卫星导航系统早已成熟,其发射的GPS III试验卫星将开启第三代卫星定位导航系统的序幕。

在科学试验卫星方面,中国的嫦娥四号实现了人类首次登录月球背面。美国则先后发射了“洞察号”火星探测器(2018年11月26日实现软着陆),“帕克号”太阳探测器,以及凌日系外行星勘测卫星等。在科学试验卫星数量、深空探测程度以及高校、企业的参与度方面,我国与美国仍然存在显著差距。

新火箭新技术:2018年中国长征系列火箭实现了100%的发射成功率,一如既往的“稳”。现有长征火箭产品已经相对成熟,而本计划于去年试射的重型火箭——长征五号遥三,由于技术原因未能如期进行。在重型火箭和火箭新技术方面,中国还有很长的路。

美国企业在过去的一年里,新火箭新技术取得了举世瞩目的进展。

可回收技术:运载工具可回收大大节约了发射成本。通过一级火箭回收,猎鹰9 Block系列的发射成本缩减了80%,价格低至3000美元/公斤,该价格重新定义了全球商业火箭的市场。而相比我国最具商业化优势的快舟一号火箭,成本则高达1万美元/公斤。目前,SpaceX已累计实现海上或陆地回收34次,回收技术愈加成熟稳定。

二手火箭:2018年5月10日,SpaceX推出最终版猎鹰9 Block 5火箭。马斯克称,Block 5版本可实现多次重复使用,每发射10次将进行一次翻新,最终实现回收利用100次的目标。SpaceX正朝这个方向努力中,目前已多次使用猎鹰9 Block 5二手火箭,并于12月4日进行了“一箭三飞”!火箭的多次重复利用使猎鹰9火箭的成本在原基础上再降低30%。此外,二手火箭也缩短了传统火箭的发射准备周期,为将来航天密集发射和快速响应提供保障。

重型火箭:2018年2月7日,在美国东部卡纳维拉尔角的肯尼迪国家航天中心,SpaceX的重型猎鹰(Falcon Heavy)携带着一辆红色特斯拉跑车发射升空。重型猎鹰由3个猎鹰9号并联捆绑组成,发射后3枚火箭助推器全部能够实现回收再利用。此举打破了多项世界纪录,其近地轨道(LEO)63.8吨、地球同步轨道(GTO)26.7吨的运载能力,成为人类现役运载能力最强、史上最经济的火箭。

电子火箭:美国航天初创企业Rocket Lab研制的超迷你火箭——“电子号”,于去年成功发射3次,将23颗微小卫星送入预定轨道。“电子号”是世界上首次采用电驱动涡轮泵代替传统燃气驱动的化学火箭,使得效率显著提升。同时,碳纤维复合材料的大量应用使其自重大大降低。此外,火箭发动机的很多零部件采用了3D打印,实现了24小时制造。“电子号”火箭的成功为未来火箭发动机的设计指明了一条全新的道路,有可能大幅度降低小型火箭发动机的设计和制造难度。

商业化程度:美国航天的商业化道路已经走了很久,2018年的31次发射均由商业企业完成。SpaceX发射21次,占据美国市场的2/3,打破了前一年18次的记录。波音和洛克希德组建的联合发射联盟ULA发射了8次,轨道ATK公司2次。

相比之下,我国目前主要是政府主导的航天发展模式。39次发射任务中,中国航天科技集团37次,中国航天科工集团1次(快舟一号),唯一由商业航天企业蓝箭发射的“朱雀一号”未能入轨,而星际荣耀、零壹的发射都没有载荷。

我国商业航天起步较晚,仅有3-4年的发展历史。国内商业火箭、卫星市场的环境、资本、政策、人才等还未完善,航天商业化、市场化还在进一步酝酿和探索中。

楼主 沙花天堂  发布于 2019-01-19 21:22:00 +0800 CST  
2019,探索依旧

2019已经扬帆,中美两国在通信、导航、遥感、商业航天、火箭、载人航天及科学试验方面,均初步展示了各自的航天计划(表1)。通信领域,美国航天企业的上万颗微小卫星计划预计将开始实施。导航领域,美国将开启新一代全球导航系统GPSIII等。

2019年下半年,我国将发射嫦娥五号,未来还有嫦娥六号以及探测火星等一系列计划相继提出。商业航天也将有望取得比去年更具价值的成就。在探索太空的道路上,更快、更高、更强是永恒的目标!


2019年中美航天在各领域的展望

2018年,我们是发射数量的第一,这是迈向实力第一的一个台阶。未来全面的第一,还需更长久的坚持和努力。

其实,争夺第一并不重要,重要的是航天事业为中国带来社会的进步,为人类实现文明的延续!

楼主 沙花天堂  发布于 2019-01-19 21:23:00 +0800 CST  

楼主:沙花天堂

字数:3882

发表时间:2019-01-20 05:18:00 +0800 CST

更新时间:2019-03-06 13:00:37 +0800 CST

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