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轨道科学公司的运载之道

时间:2019-05-21 分类:军事文摘

熊楚阳

美国轨道科学公司Orbital Science(以下简称轨道公司)于1982年成立,1990年在纳斯达克上市,总部位于弗吉尼亚州杜勒斯市。公司主要研发制造小型和中型运载火箭以及空间系统产品,是世界上小型和中型卫星发射服务主要的供应商。

2015年,轨道公司与阿连特技术系统公司合并(成为轨道ATK公司),产业链得以整合,采购和运营成本大幅降低,总体-分系统协同效应得以发挥出来,竞争力大大提高。2017年,轨道ATK公司并入诺斯洛普·格鲁曼公司,资源得到进一步整合与互补,能够涉足较大型卫星等领域。

运载业务主要产品

轨道公司运载业务主要产品包括飞马座、米诺陶、安塔瑞斯和欧米伽(又称“新一代”)4个火箭系列。

飞马座火箭 飞马座火箭是全球首型、也是目前惟一在役的小型固体空射运载火箭,直径1.27米,起飞重量23吨,近地轨道运载能力为443千克。该型火箭研发于20世纪80年代,于1990年实现了首飞,主要面向近地轨道微小卫星执行发射任务,在军事、商业和科学研究等方向均有应用。

米诺陶火箭 米诺陶火箭属于中型固体运载火箭,它与飞马座火箭的部分产品和技术一脉相承,同时和美国陆基战略导弹民兵和和平卫士之间有着千丝万缕的联系。它的主要型谱包括:米诺陶-C型、米诺陶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型。

米诺陶-C型的主要特点是:产品和技术来自于飞马座火箭,同时尝试使用和平卫士导弹成熟的一级发动机(Castor-120)作为其“0级”,替代飞马座火箭载机的作用。米诺陶-C型火箭运载能力相比飞马座火箭得到显著提升,达到近地轨道1350千克。该型火箭于1994年实现了首飞,主要应用于民用和商业卫星发射任务。

米诺陶Ⅰ型(含Ⅱ型)基本构型是四级固体运载火箭:1级和2级继承了民兵导弹,3级和4级继承了飞马座火箭。其中,米诺陶I直径1.67米,起飞重量36吨,185千米近地轨道运载能力为580千克。该型火箭于2000年实现了首飞,主要面向小卫星发射需求推向市场。米诺陶II型是从米诺陶I型衍生出来、主要用于战略导弹防御测试的拦截/靶标飞行器,成功完成了多次飞行任务。

米诺陶Ⅳ型(含Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型)基本构型也是四级固体运载火箭,1级、2级和3级继承了和平卫士导弹,4级是新研发的上面级。其中,米诺陶Ⅳ是基本型,直径2.34米,起飞重量86吨,于2010年实现了首飞;相比米诺陶I型,其运载能力显著提升,185千米近地轨道运载能力达到了1735千克,主要应用于军事和科学研究等方向。米诺陶Ⅲ型是用于战略导弹防御测试的拦截/靶标飞行器。米诺陶Ⅴ型则是在米诺陶Ⅳ的基础上又增加了一个上面级,具备了630千克静止轨道或者342千克地月转移轨道运载能力,它仅于2013年9月进行过一次飞行任务,成功将月球探测器送入预定轨道。

安塔瑞斯火箭 安塔瑞斯火箭是一型固液串联运载火箭,直径3.9米,起飞重量约290吨。它受惠于NASA的商业轨道运输计划,得到了向国际空间站进行货物补给的商业运输机会。相比轨道公司之前的产品,安塔瑞斯火箭首次引入了液體发动机,其1级采用2台AJ26或RD-181液氧/煤油发动机(供应商是乌克兰南方设计局,技术来自于苏联的N-1登月火箭),2级及以上仍然使用固体发动机。通过上述方案,火箭运载能力提升到近地轨道8吨,一举跨入中大型火箭序列。安塔瑞斯火箭于2013年完成了首飞。

2014年,美国轨道科学公司向国际空间站发射天鹅座飞船

欧米伽火箭 欧米伽火箭是轨道公司最新计划研发的大型火箭,目前尚处于研发阶段。根据不断披露的信息来看:这也是一型固液串联运载火箭,其基础型号的1级采用了更大推力的Castor600固体发动机(推力666吨)、2级采用Castor300固体发动机(推力357吨),这两型发动机也继承了航天飞机及SLS(太空发射系统)的固体助推器技术,但是采用更轻质的复合材料壳体,三级拟采用洛克达因公司研发的RL-10C 氢氧发动机;其扩展型号则是把1级换成Castor1200发动机(两段式Castor600固体发动机,推力约达1000吨)。两型火箭的芯级箭体直径都是3.7米,整流罩直径约5.25米,如果搭配捆绑6个固体助推器,其运载能力分别可以达到地球同步转移轨道10吨或地球静止轨道7.8吨。根据轨道公司官方透漏,这型火箭“研发经费适中”,将对太空探索公司的猎鹰九号/重型和联合发射联盟公司的火神火箭形成有力竞争,标志着轨道公司切入大型、超大型甚至重型运载火箭领域。

轨道公司运载火箭产品具有较为鲜明的特点:一是早期市场切入点非常明确,无论是飞马座还是米诺陶,主要致力于为1吨以下的小型卫星提供低成本、快速发射服务,通过充分继承和借鉴固体导弹及其动力系统已有技术成果的方式,快速形成安全可靠的产品以打动用户;二是遵循“小步快跑”的思路,采用模块化的设计理念,往往几年之内就推陈出新,打造出了系列化的产品线,运载能力得以稳步提升;三是始终保持创新活力,轨道公司并没有固守一条技术路线,而是进行了多方案尝试,并且从国内外广泛寻找新供应商,成功实现了从小型到中型再到大型的跨越。

运载业务特点

好的产品必须经过市场的检验,同时市场又反过来影响轨道公司的产品策略。对轨道公司各型号历年飞行任务进行统计和梳理,从任务数量、执行成败、载荷性质等方面进行归纳,不难发现固体运载业务的固有特点。

火箭发射载荷性质统计情况

从飞行任务实施统计中可以发现如下特点:一是飞马座火箭在20世纪90年代独挑大梁,任务非常频繁;进入新世纪后米诺陶火箭逐渐发展起来,替代承担了飞马座的部分业务;2010年之后,轨道公司大力发展安塔瑞斯火箭,飞马座和米诺陶的任务量逐渐下降并趋于平稳,这反映出轨道公司产品有序接力、能力不断提升、业务稳步拓宽的应对市场需求策略。二是轨道公司火箭总的成功率约90%,相比于液体火箭一般的成功率尚有不小的差距(与发射总次数较少有一定关系),说明固体火箭仍然存在不可忽略的研发风险。三是军方、NASA等政府机构以及大学的订单数量远超商业订单,体现了官方及半官方业务在轨道公司发展过程中的重要作用。

结 语

轨道公司成立之初是一家专注于小型固体运载器的企业,在强手如林的美国宇航界屹立近30年不倒,其运载业务长期以来持续为股东创造价值,自身也不断发展壮大,充分说明固体运载有其特有的生命力,并有以下几点启示。

打造经典产品,筑牢业绩基础。轨道公司的经典产品就是飞马座火箭,它不仅占到轨道公司航天发射任务总数的50%,而且除了最初的几年有任务失利,该型火箭自1996年之后一直表现出色,连续成功发射了33次。所以,开发一款能够带来稳定收入来源的产品对于初创航天企业非常重要,用它来发挥“压舱石”的作用,支撑企业行稳致远。

积极合理布局,保持创新活力。面对不断变化发展的政治经济环境和市场需求,轨道公司以敏感的商业嗅觉,通过“弹改箭”发展出中型运载火箭,又通过“固液混合”发展出大型运载火箭,使运载业务始终保持了良好的发展态势。由此可见,固体运载业务必须在设计理念、技术路线、供应链、客户渠道拓展等方面敢于接受新挑战,最好能实现“小中大并举、高中低搭配、军民商皆有”的发展局面。

注重协同互补,促成多方受益。轨道公司经历的两次并购,对其运载业务带来了积极的影响,再次彰显出协同(管理、生产设备、产业链等)对业务发展的巨大促进作用。航天项目风险高、投入大、回报具有不确定性,初创航天企业要善于通过协同放大自己的力量,资深航天企业也应该学会抓住机遇补齐短板,推动实现共赢发展。

责任编辑:刘靖鑫

飞马座火箭飞行任务及成败统计

米诺陶火箭飞行任务及成败统计

安塔瑞斯火箭飛行任务及成败统计