北京時間2025年9月15日，在山東海陽東方航天港HOS-1半固定式海上試車試驗平臺上，“天龍三號”運載火箭成功實施了一級動力系統(tǒng)試車（靜態(tài)點火）。本次全系統(tǒng)試車驗證了一級各系統(tǒng)的方案正確性和工作協(xié)調(diào)性。本次試車高度模擬火箭實際飛行狀態(tài)，發(fā)動機起動時序準確、工作平穩(wěn)、關(guān)機正常，全系統(tǒng)綜合演練獲取的各項參數(shù)滿足火箭首飛的性能要求。

運載火箭動力系統(tǒng)試車是研制過程中系統(tǒng)最多、狀態(tài)最復(fù)雜、難度最大的地面試驗，也是火箭首飛前最重要的前置試驗。一級動力系統(tǒng)試車的成功實施，標志著“天龍三號”運載火箭全面進入首飛任務(wù)的最后沖刺。

有望成為中國首型實現(xiàn)入軌的運力20噸級商業(yè)火箭

在此之前，中國航天“國家隊”已先后服役了“長征八號”、“長征六號甲”、“長征十二號”、“長征八號甲”等多款中型商業(yè)運載火箭，但是近地軌道（LEO）最大運力停留在12噸。同期，中國民營商業(yè)航天企業(yè)服役了“天龍二號”、“朱雀二號”、“引力一號”等多款中型運載火箭，近地軌道最大運力僅有6.5噸。在中國巨型衛(wèi)星星座開啟大規(guī)模組網(wǎng)建設(shè)的當下，面對數(shù)萬顆衛(wèi)星的發(fā)射需求，一眾運力中等的中型火箭只夠解決組網(wǎng)發(fā)射的初步需求，市場在呼喚具備“大運力”特點的大型運載火箭。

“天龍三號”為北京天兵科技有限公司自主研制的大型低溫液體運載火箭，采用兩級串聯(lián)構(gòu)型。該箭一二級直徑3.8米，可選配直徑4.2米和直徑5.2米整流罩，整箭高度72米（配備直徑4.2米標準整流罩狀態(tài)），起飛質(zhì)量約600噸，起飛推力840噸，推重比達到約1.4，該箭近地軌道（LEO）運力17~22噸，500千米太陽同步軌道（SSO）運力10~17噸。

預(yù)計在年底之前，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心東風(fēng)商業(yè)航天創(chuàng)新試驗區(qū)天兵科技自建液體火箭發(fā)射工位，“天龍三號”運載火箭將實施入軌首飛。一但成功，“天龍三號”有望成為中國首型實現(xiàn)入軌飛行的運力20噸級商業(yè)火箭。而基于其所擁有的近地20噸級運力，在面向單星240千克的“千帆”星座一代衛(wèi)星組網(wǎng)發(fā)射時，單次任務(wù)將能夠?qū)崿F(xiàn)1箭36星發(fā)射。

全面滿足“大運力、高頻次、低成本”航天發(fā)射需求

此前，中國星網(wǎng)星座（中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座）低軌衛(wèi)星批量組網(wǎng)發(fā)射任務(wù)中，中國已經(jīng)出動了國內(nèi)現(xiàn)役近地軌道運力最強的“長征五號B”運載火箭。該箭近地軌道運力達到25噸，雖然具備“大運力”的特點，但卻難以提供較高頻率、較低成本發(fā)射服務(wù)，對于巨型星座而言只適合一解燃眉之急，主力大箭需要另尋他箭，比如以“天龍三號”、“朱雀三號”為代表的商業(yè)運載火箭。

“天龍三號”是天兵科技參考“獵鷹九號”研制的大型可重復(fù)使用低溫液體運載火箭，設(shè)計思路、構(gòu)型方式均具有較高的相似性，采用兩級串聯(lián)的單芯級構(gòu)型，一級九發(fā)并聯(lián)實現(xiàn)動力冗余，一級可實現(xiàn)多次回收復(fù)用。

“天火-12”（TH-12）液氧煤油發(fā)動機示意圖

回收復(fù)用可支持“高頻次”發(fā)射。“天龍三號”一級配備9臺“天火-12”（TH-12）液氧煤油發(fā)動機，該發(fā)動機采用燃氣發(fā)生器循環(huán)、泵后搖擺，單臺海平面推力93噸，海平面比沖285秒，推質(zhì)比163，可實現(xiàn)50%~110%深度變推力調(diào)節(jié)，單次飛行可啟動4次?！疤旎?12”深度變推力、多次啟動能力均是火箭實現(xiàn)回收的必備性能。與此同時，“天龍三號”一級配備柵格舵和著陸腿，可支持實現(xiàn)精準的垂直著陸回收。

根據(jù)設(shè)計目標，一級在回收返廠后，經(jīng)過相對簡單的維護工作即可投入下一次發(fā)射，相較于一次性火箭，在火箭產(chǎn)能相同的情況下可復(fù)用火箭可支持實現(xiàn)更高頻次發(fā)射?！疤忑埲枴蹦繕藢崿F(xiàn)超過30次/每年的發(fā)射頻率。為保障高頻次發(fā)射，天兵科技已在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心建設(shè)了國內(nèi)首個民營液氧煤油火箭專用發(fā)射工位，并啟動了第二個專用發(fā)射工位的規(guī)劃建設(shè)工作。

回收復(fù)用實現(xiàn)“低成本”發(fā)射。對于采用兩級串聯(lián)構(gòu)型的單芯級運載火箭而言，火箭一級成本占到火箭建造成本的大部分，多次回收復(fù)用能實現(xiàn)單次發(fā)射成本的極致降低，最終以較低的單發(fā)價格實現(xiàn)巨型星座組網(wǎng)所需的大規(guī)模批量組網(wǎng)發(fā)射。

隨著航天技術(shù)的進步和太空資源的開發(fā)，航天發(fā)射需求正在呈現(xiàn)幾何級數(shù)增長，這在當前主要體現(xiàn)在低軌衛(wèi)星星座的規(guī)劃和建設(shè)上。由于地球軌道資源的有限性和獨占性，以及“先到先得”、“限期發(fā)射”的國際分配原則，在建設(shè)衛(wèi)星星座特別是巨型低軌衛(wèi)星星座時，面對超大規(guī)模發(fā)射需求，需要連續(xù)使用運力較強的火箭實現(xiàn)高頻次發(fā)射，并以可控適度的成本完成建設(shè)，這就使得具備“大運力、高頻次、低成本”特點的大型運載火箭成為火箭研發(fā)單位主要發(fā)展目標之一，而“天龍三號”則全面滿足這些特點。

打造一款高可靠性的商業(yè)火箭

2024年6月30日，天兵科技在河南鞏義綜合試驗中心實施了“天龍三號”運載火箭一級九機并聯(lián)靜態(tài)點火，過程中，發(fā)動機推力達到820噸，因箭體與試驗臺連接處結(jié)構(gòu)失效，一級脫離試車臺意外升空，隨后箭上計算機主動關(guān)機，火箭跌落在附近山中后解體，試驗失利。經(jīng)過復(fù)盤，火箭尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計薄弱是630試驗失利的直接原因，這體現(xiàn)了該箭設(shè)計可靠性的不足，而可靠性對應(yīng)的是火箭發(fā)射的成功率，是火箭連續(xù)穩(wěn)定實施發(fā)射任務(wù)的前提和基礎(chǔ)。

面對試驗失利，天兵科技實施了127 項可靠性改進和增長措施，包括采用新材料將連接結(jié)構(gòu)安全系數(shù)提高至行業(yè)標準的1.5倍、增設(shè)冗余約束裝置、增加八種地面安全關(guān)機方式、聯(lián)合第三方機構(gòu)對63項關(guān)鍵技術(shù)進行復(fù)核復(fù)算等，推動“天龍三號”運載火箭在“歸零”中快速迭代，目標成為一款高性價比、高可靠性的商業(yè)運載火箭。

運載火箭發(fā)射是一項高難度、高風(fēng)險的生產(chǎn)活動，使得運載火箭不像地面一般生產(chǎn)活動所使用的運載工具可以邊用邊改，然后經(jīng)過一個較長的過程達到高可靠性的目標，而設(shè)計可靠性不足的運載火箭很可能將會事故頻發(fā)，無法連續(xù)穩(wěn)定實施發(fā)射任務(wù)，導(dǎo)致市場信心不足，難以獲得足夠的發(fā)射訂單，最終使得對應(yīng)火箭型號乃至研發(fā)企業(yè)難以為繼。目前，在多家商業(yè)火箭公司出現(xiàn)火箭發(fā)射任務(wù)失利之后，火箭的可靠性被擺在了更加突出的位置，高可靠性已經(jīng)成為商業(yè)火箭的必備條件。

關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用創(chuàng)新

“天龍三號”的研發(fā)并非簡單的借鑒國外對標型號，而是在關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)了應(yīng)用創(chuàng)新。在動力系統(tǒng)方面，“天龍三號”大規(guī)模應(yīng)用3D打印技術(shù)，“天火-12”發(fā)動機約90%的零組件實現(xiàn)一體化打印，大幅縮短了研制周期。在推進劑方面，燃燒劑采用煤基航天煤油，有效降低了燃料成本，結(jié)合硫分離技術(shù)大幅改善發(fā)動機結(jié)焦問題，提升了火箭復(fù)用潛力。在關(guān)鍵子系統(tǒng)方面，采用了天兵科技自主研制的三冗余計算機，通過采用工業(yè)級元器件，在保證高可靠性的前提下，大幅降低了系統(tǒng)成本。

在世界航天發(fā)展新階段，對于商業(yè)火箭公司而言，小型乃至中型偏小火箭僅僅是入門級產(chǎn)品，中型偏大與大型可復(fù)用火箭特別是大型可復(fù)用火箭才是主推產(chǎn)品，且需要軌道能力覆蓋全面?！疤忑埲枴倍壘邆涠螁幽芰?，使其能夠執(zhí)行地球低中高軌道發(fā)射任務(wù)，在低軌任務(wù)中，可以執(zhí)行異軌多星發(fā)射任務(wù)，在中軌和高軌任務(wù)中可以將航天器送入轉(zhuǎn)移軌道，而在加裝上面級的情況下，可以將中軌和高軌衛(wèi)星直送入軌。

總體而言，“天龍三號”將是一款能力全面、能較大程度滿足市場需求的火箭產(chǎn)品，其必將成為中國巨型星座組網(wǎng)的強兵猛將！

作者：木蘭星舟