科技日報記者 付毅飛

9月5日，北京星河動力航天科技股份有限公司（以下簡稱“星河動力”）成功實施谷神星一號（遙十五）運載火箭發(fā)射任務(wù)，將開運一號、馭星三號08星、云遙一號27星共3顆衛(wèi)星，以及愛神星留軌試驗平臺送入預(yù)定太陽同步軌道。

截至目前，星河動力研制的谷神星一號運載火箭已實施21次發(fā)射。其中，今年3月17日和3月21日，該火箭在5天內(nèi)先后實施“一箭八星”和“一箭六星”任務(wù)，展示了其密集發(fā)射能力。

高密度發(fā)射之路是怎樣闖出來的？日前，谷神星一號、二號運載火箭總設(shè)計師張軍鋒接受科技日報記者采訪，講述高密度發(fā)射背后的創(chuàng)新與突破。

“航天工程里沒有小問題”

記者：想讓谷神星一號運載火箭實現(xiàn)高密度發(fā)射，您和團(tuán)隊要面對哪些挑戰(zhàn)？

張軍鋒：挑戰(zhàn)主要來自以下三方面。一是產(chǎn)品可靠性。在設(shè)計階段，我們需通過多維度仿真模擬與極限工況測試，確保各分系統(tǒng)在復(fù)雜太空環(huán)境下的適配性。

二是生產(chǎn)管理和任務(wù)統(tǒng)籌。從一年執(zhí)行一次發(fā)射任務(wù)到如今高密度發(fā)射，生產(chǎn)管理與任務(wù)統(tǒng)籌方面的壓力倍增。這不僅是任務(wù)量的簡單疊加，更涉及全鏈條的協(xié)同攻堅。我們需建立穩(wěn)定且有彈性的配套體系，確保發(fā)動機(jī)、控制系統(tǒng)等核心部件的產(chǎn)能可以隨發(fā)射頻次同步提升。

三是發(fā)射流程優(yōu)化。我們從火箭進(jìn)場開始拆解全流程節(jié)點，將傳統(tǒng)準(zhǔn)備工作拆解為上百個標(biāo)準(zhǔn)化子步驟，通過數(shù)字化系統(tǒng)實時追蹤每個節(jié)點的完成狀態(tài)。比如，在箭體轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)，我們采用自動化導(dǎo)航與定位技術(shù)，將對接誤差控制在厘米級，較傳統(tǒng)方式節(jié)省40%的時間。

記者：截至目前，谷神星一號已實施5次海上發(fā)射。研制這款海陸通用火箭有哪些難點？

張軍鋒：海陸通用火箭要同時適應(yīng)陸地與海上兩種截然不同的發(fā)射環(huán)境，最主要的是要適應(yīng)海上高溫、高濕、高鹽霧的“三高”環(huán)境并應(yīng)對高海況帶來的多重挑戰(zhàn)。海上惡劣環(huán)境極易侵蝕箭體結(jié)構(gòu)、影響電子設(shè)備性能，甚至干擾衛(wèi)星載荷的穩(wěn)定性。

對此，我們從兩方面進(jìn)行突破：一是對箭體進(jìn)行全密封強(qiáng)化設(shè)計，采用特殊防腐涂層與密封材料，提升整體環(huán)境適應(yīng)性；二是為發(fā)射系統(tǒng)配備智能溫控保溫艙，實時調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫濕度，為火箭和衛(wèi)星打造恒溫恒濕的過渡環(huán)境。

記者：從最初立項研制到實現(xiàn)高密度發(fā)射，您和團(tuán)隊都遇到了哪些難“啃”的“硬骨頭”？

張軍鋒：“硬骨頭”主要集中在兩個階段。

第一階段是“從0到1”的階段。2018年星河動力剛成立時，我們團(tuán)隊連固定的辦公場地都沒有，幾十個人在臨時租來的辦公室里畫圖紙、做仿真。當(dāng)時，國內(nèi)商業(yè)航天的配套體系還不成熟，很多核心部件找不到供應(yīng)商。火箭設(shè)計方案更是幾易其稿。為了優(yōu)化方案，團(tuán)隊曾連續(xù)45天泡在實驗室，每天只睡3個小時。2020年谷神星一號運載火箭成功首飛那天，火箭沖破云層的瞬間，大家都激動不已。

第二階段是“從1到N”的階段，即從單次發(fā)射邁向高密度發(fā)射。星河動力前3發(fā)火箭發(fā)射間隔比較長，團(tuán)隊準(zhǔn)備時間相對充足。在進(jìn)入高密度發(fā)射階段后，整個體系都面臨重構(gòu)。比如生產(chǎn)環(huán)節(jié)，原來單批次零部件生產(chǎn)可以慢慢打磨，現(xiàn)在要同時保障3發(fā)火箭的總裝，供應(yīng)鏈稍有脫節(jié)就會斷檔。更關(guān)鍵的是團(tuán)隊能力的迭代，原來一個工程師負(fù)責(zé)一個分系統(tǒng)，現(xiàn)在要同時對接3個批次的測試任務(wù)。

記者：2023年9月21日，谷神星一號運載火箭在九連勝之后遭遇了目前唯一一次發(fā)射失利，當(dāng)時出了什么問題？此后團(tuán)隊采取了哪些措施？

張軍鋒：當(dāng)時，火箭一級發(fā)動機(jī)噴管擴(kuò)張段燒蝕異常，導(dǎo)致火箭姿態(tài)出現(xiàn)異常，最后發(fā)射任務(wù)失利。事后，我們立刻啟動歸零程序，組織專家對箭體殘骸進(jìn)行逐層拆解分析，最終發(fā)現(xiàn)噴管擴(kuò)張段某一個螺絲孔內(nèi)壁存在細(xì)微裂紋。這是供應(yīng)商在鉆孔時因進(jìn)給速度控制不當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力損傷。就是這個肉眼難以察覺的缺陷，在高溫高壓環(huán)境中被迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致噴管燒蝕異常，最終引發(fā)姿態(tài)失控。

這次失利給了我們沉重一擊，但也讓我們清醒認(rèn)識到：航天工程里沒有小問題。過去九連勝讓團(tuán)隊成員多少有些松懈，當(dāng)時的工藝文件對螺絲孔加工的進(jìn)給速度、冷卻方式等細(xì)節(jié)規(guī)定得不夠明確。

痛定思痛后，我們從三個維度進(jìn)行全面整改：一是聯(lián)合相關(guān)單位對工藝規(guī)程操作進(jìn)行優(yōu)化，組織開展相關(guān)人員培訓(xùn)；二是啟動質(zhì)量提升工程，在設(shè)計端增加30%的極限工況驗證，驗收端建立“雙人雙機(jī)”復(fù)核制度；三是改革外協(xié)管理模式，對核心供應(yīng)商實施“派駐工程師+過程審計”，每季度開展質(zhì)量追溯演練。

“站在‘前輩’肩膀上創(chuàng)新”

記者：請介紹未來一兩年谷神星一號運載火箭的任務(wù)規(guī)劃。

張軍鋒：未來一兩年，谷神星一號將繼續(xù)深耕商業(yè)發(fā)射市場，預(yù)計每年執(zhí)行10發(fā)左右的發(fā)射任務(wù)。技術(shù)創(chuàng)新方面，我們不會對火箭主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行顛覆性改動，而是主要以“存量挖潛+功能延伸”為抓手，提升其太空服務(wù)能力。

記者：在谷神星一號運載火箭日趨成熟的基礎(chǔ)上，星河動力正在研發(fā)谷神星二號運載火箭。為什么要研發(fā)新火箭？其具備哪些技術(shù)特點？

張軍鋒：研制谷神星二號主要是為填補市場運力空白。當(dāng)前商業(yè)航天市場中，中小型星座的發(fā)射需求正在快速增長，很多客戶需要將1噸左右的載荷送入特定軌道，而且對“專箭發(fā)射”的時效性要求很高。目前我們的產(chǎn)品矩陣?yán)?，谷神星一號運載火箭主要覆蓋300公斤以下的載荷，智神星一號液體火箭則聚焦2.5噸至7噸的中大型任務(wù)，1噸級左右的運力區(qū)間急需填補。研發(fā)谷神星二號運載火箭就是為了填補這個空白。

從技術(shù)特點來看，谷神星二號運載火箭是“站在‘前輩’肩膀上創(chuàng)新”。它繼承了谷神星一號運載火箭成熟的技術(shù)框架，使研發(fā)風(fēng)險顯著降低。同時，我們在可靠性上做“加法”，哪怕某一系統(tǒng)出現(xiàn)異常，其他系統(tǒng)能立刻接管控制。陸海通用能力的升級是另一大亮點。相比谷神星一號運載火箭，谷神星二號運載火箭的“陸海同型”設(shè)計更徹底，一些關(guān)鍵技術(shù)得到了升級。

最關(guān)鍵的創(chuàng)新體現(xiàn)在運載效率上。我們對四級軌姿控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使其運載效率比谷神星一號運載火箭提升40%以上。以700公里太陽同步軌道為例，谷神星二號運載火箭一次能將4顆250公斤級衛(wèi)星送入不同軌道面，相當(dāng)于用更少的燃料完成更復(fù)雜的部署任務(wù)。

記者：目前谷神星二號運載火箭的研制進(jìn)展如何？

張軍鋒：谷神星二號運載火箭的研制工作已開展一年多，整體上進(jìn)展順利。目前工程研制階段的設(shè)計工作已完成，項目正處于單機(jī)性能考核與系統(tǒng)集成驗證的關(guān)鍵期。這一階段工作就像給一臺精密儀器安裝核心零件，既要確保每個零件運轉(zhuǎn)正常，又要驗證零件組合后的協(xié)同效果。該型火箭計劃今年首飛，年內(nèi)大概會安排兩三次發(fā)射任務(wù)，明年我們計劃將發(fā)射頻次提升至5發(fā)至10發(fā)。

記者：目前中國商業(yè)航天發(fā)展已步入快車道，您如何看待其發(fā)展趨勢？

張軍鋒：這幾年中國商業(yè)航天的發(fā)展速度確實令人振奮。從2018年商業(yè)火箭首次嘗試發(fā)射至今，短短幾年間已有多家企業(yè)實現(xiàn)固體、液體火箭入軌，加上國企和混合所有制企業(yè)的全面入局，整個行業(yè)形成了“多元主體競合”的格局。這種態(tài)勢背后，是國家政策的持續(xù)加碼——從商業(yè)航天發(fā)射場的布局到太空資源利用的規(guī)劃，再到地方政府設(shè)立的專項扶持基金，都為行業(yè)注入了強(qiáng)勁動力。

從發(fā)展路徑看，中國商業(yè)航天正在從“單點突破”邁向“系統(tǒng)成熟”。早期大家更關(guān)注“有沒有火箭能上天”，現(xiàn)在則聚焦“如何更高效、更低成本地把衛(wèi)星送入預(yù)定軌道”。我預(yù)測，未來3到5年，隨著低軌衛(wèi)星星座的密集組網(wǎng)，商業(yè)發(fā)射需求或?qū)⒈l(fā)，進(jìn)一步倒逼行業(yè)提升效率。

“多往車間跑、多去試驗場看”

記者：請您介紹下所在研發(fā)團(tuán)隊。

張軍鋒：目前我們團(tuán)隊已經(jīng)接近500人，覆蓋火箭總體設(shè)計、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)、總裝測試等專業(yè)?；叵?018年公司剛成立時，整個團(tuán)隊只有幾十人，每個專業(yè)小組只有一兩人。

那時最大的挑戰(zhàn)是“觀念融合”。團(tuán)隊成員背景不同，工作思路各異。記得討論箭體連接方式時，老專家堅持用螺栓剛性連接，而年輕工程師主張用柔性鉸鏈減震，雙方爭論不下。不過，這種“在爭論中找共識”的氛圍，反而讓團(tuán)隊成員快速熟悉，逐漸擰成一股繩。

隨著公司不斷發(fā)展，我們團(tuán)隊規(guī)模擴(kuò)大。這幾年我們把招聘重點轉(zhuǎn)向應(yīng)屆生，2024年入職的120名新員工，大多是應(yīng)屆畢業(yè)生。這并不意味著我們不需要成熟人才，而是因為已經(jīng)搭建起“導(dǎo)師帶徒+項目實戰(zhàn)”的培養(yǎng)體系：新員工先在設(shè)計崗跟導(dǎo)師做半年仿真，再到試驗場參與火箭試車，最后獨立負(fù)責(zé)某個分系統(tǒng)的測試任務(wù)?，F(xiàn)在團(tuán)隊里30歲左右的青年骨干占比超過40%。

記者：您如何培養(yǎng)年輕科研人才？

張軍鋒：在培養(yǎng)年輕科研人才方面，我摸索出一套模式。剛?cè)肼毜哪贻p人，理論基礎(chǔ)扎實但工程經(jīng)驗欠缺。我們先從“補短板”開始，針對不同崗位設(shè)計“定制化課程包”。比如結(jié)構(gòu)設(shè)計崗的年輕人，除了要學(xué)有限元分析軟件的進(jìn)階用法，還要系統(tǒng)掌握材料力學(xué)在箭體承力分析中的實際應(yīng)用。

不過，真正的成長，一定是在工程實踐里“摔打”出來的。我們推行“項目帶教制”，讓每位年輕人跟著具體任務(wù)走，從方案論證階段就參與進(jìn)來。比如，去年入職的幾名應(yīng)屆生跟著我們團(tuán)隊，從畫第一張控制流程圖，到記錄地面試車參數(shù)，再到在發(fā)射場做箭上設(shè)備調(diào)試，每個環(huán)節(jié)都盡可能讓他們參與。

我的成長也離不開工程實踐。剛上班時，一位學(xué)長給了我一份總體參數(shù)表，上面寫了幾十種設(shè)備。當(dāng)時，我看著那些名稱根本沒概念，也記不住。后來，我去總裝現(xiàn)場學(xué)習(xí)了幾天，很快就把這些設(shè)備名稱記熟了，還把它們在火箭上的實際用途、工作方式對應(yīng)起來，對它們的功能也有了更深入的理解。因此，現(xiàn)在我要求年輕人多往車間跑、多去試驗場看。

記者：為滿足航天未來發(fā)展要求，您認(rèn)為青年航天人才應(yīng)具備哪些素質(zhì)和能力？

張軍鋒：航天行業(yè)門檻很高，年輕人進(jìn)入這個行業(yè)，首先理論基礎(chǔ)要扎實，同時必須具備嚴(yán)慎細(xì)實的工作作風(fēng)。另外，要具備系統(tǒng)協(xié)作能力。一枚火箭涉及上百個分系統(tǒng)，如果只盯著自己的“一畝三分地”，很容易出現(xiàn)銜接漏洞，優(yōu)秀的青年人才得有“全局觀”。

此外，年輕人還要有敢闖敢試的創(chuàng)新魄力與持續(xù)學(xué)習(xí)的意識。商業(yè)航天技術(shù)迭代快，年輕人不能滿足于“按流程做事”。同時，要盯著國際前沿，知道同行在做什么、技術(shù)拐點可能出現(xiàn)在哪里，才能避免閉門造車。

記者手記

2018年10月，藍(lán)箭航天空間科技股份有限公司研制的朱雀一號火箭從甘肅酒泉升空，雖然未能將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，但這成為我國商業(yè)火箭首次軌道發(fā)射嘗試。

彼時，星河動力成立僅8個月，行業(yè)內(nèi)知道張軍鋒的人并不多。沒人知道，這個后來帶領(lǐng)團(tuán)隊闖過無數(shù)難關(guān)的總設(shè)計師，當(dāng)時正對著滿桌的火箭方案草稿，琢磨著如何在一片空白中蹚出一條路。

再見張軍鋒，是在2020年11月谷神星一號首飛成功后。那天火箭沖破云層，將天啟星座十一星送入500公里太陽同步軌道。人群中的張軍鋒沒有太多激動的表情，只是反復(fù)核對數(shù)據(jù)。

之后幾年，谷神星一號成了商業(yè)航天的“明星”。從陸地發(fā)射到海上“一箭四星”，從單次發(fā)射到5天內(nèi)連續(xù)完成“一箭八星”“一箭六星”，九連勝的戰(zhàn)績讓業(yè)內(nèi)驚嘆?？?023年9月21日，一次發(fā)射意外打破了這份順?biāo)臁Ｄ翘斓膹堒婁h，眼中滿是疲憊，卻沒回避任何問題。

聊起那次失利，張軍鋒總說“是警鐘，也是轉(zhuǎn)機(jī)”。之后的日子里，他帶著團(tuán)隊重新梳理工藝規(guī)程，在設(shè)計端增加30%的極限工況驗證，在驗收端建立“雙人雙機(jī)”復(fù)核制度。

現(xiàn)在的張軍鋒，肩上多了谷神星二號的研發(fā)任務(wù)。和記者聊起這款新火箭，他會翻出手機(jī)里的測試視頻，指著屏幕里的箭體說個不停。

從首飛成功的忐忑，到失利后的重整旗鼓，張軍鋒的故事，其實是中國商業(yè)航天的縮影——沒有捷徑，只有“啃硬骨頭”的執(zhí)著。而中國商業(yè)航天的穩(wěn)步發(fā)展，正是由無數(shù)個張軍鋒托舉而成。