從火箭技術(shù)到衛(wèi)星技術(shù)，從回收與復(fù)用技術(shù)到航天測控通信技術(shù)，每一個技術(shù)分支都在不斷進(jìn)步，推動著商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

商業(yè)航天就像是人類施向太空的魔法，向普通大眾揭開了太空的神秘面紗，把科幻電影里的場景變成了現(xiàn)實。

商業(yè)航天是以市場為導(dǎo)向、以企業(yè)為主體、以太空探索和利用為目的的經(jīng)濟活動，涵蓋火箭發(fā)射、衛(wèi)星應(yīng)用、太空旅游等多個領(lǐng)域，旨在通過商業(yè)手段實現(xiàn)太空資源的利用和太空技術(shù)的應(yīng)用。人類要想探索浩瀚星河，少不了助推商業(yè)航天的“引擎”—— 科技創(chuàng)新。

“太空列車”的發(fā)動機

火箭技術(shù)，作為商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的核心驅(qū)動力，被形象地比喻為商業(yè)航天的“發(fā)動機”，是人類叩響太空之門的關(guān)鍵鑰匙。在電影《流浪地球》中，那些宏偉壯觀且連接天地的太空電梯讓人印象深刻。這一極具想象力的科幻構(gòu)想，其原型植根于火箭技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

火箭的心臟就是發(fā)動機，它的性能直接決定了火箭能飛多遠(yuǎn)、運多少。火箭發(fā)動機可以分為固體火箭發(fā)動機和液體火箭發(fā)動機。顧名思義，固體火箭發(fā)動機采用固體推進(jìn)劑作為燃料，像個大型“沖天炮”，其成本相對較低，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，可隨時發(fā)射，適合那些需要快速響應(yīng)的發(fā)射需求。而液體火箭發(fā)動機采用液體燃料，如液氫、液氧等，能量密度高，使得液體火箭發(fā)動機能夠飛得更遠(yuǎn)、運載能力更強，但是液體燃料需要低溫儲存且在發(fā)射時進(jìn)行加注，因此液體火箭通常發(fā)射準(zhǔn)備時間較長。

固體火箭在我國商業(yè)航天中主要用于小型衛(wèi)星發(fā)射，有快舟、捷龍等系列。固體火箭的成熟技術(shù)和快速響應(yīng)能力使其在特定領(lǐng)域具有優(yōu)勢。快舟一號甲是由中國航天科工集團研制的三級固體運載火箭，全長約20米，起飛質(zhì)量約30噸，700千米太陽同步軌道的運載能力為200千克，近地軌道運載能力為300千克，主要面向微小衛(wèi)星發(fā)射和組網(wǎng)，具備一箭多星發(fā)射能力。捷龍三號火箭是由中國航天科技集團研制的四級固體運載火箭，可實現(xiàn)零窗口、全方位發(fā)射，72小時內(nèi)完成星箭技術(shù)準(zhǔn)備和發(fā)射任務(wù)，全箭總長31.8米，箭體最大直徑2.65米， 起飛質(zhì)量140噸，500千米太陽同步軌道運載能力1.5噸。

火箭發(fā)射 圖 /AI生成

固體火箭運載能力有限，難以滿足未來商業(yè)航天市場對大型衛(wèi)星和高軌道發(fā)射的需求。液體火箭是我國商業(yè)航天的未來發(fā)展方向，國內(nèi)多家商業(yè)航天公司都在積極布局液體火箭的研發(fā)和應(yīng)用。液體火箭在商業(yè)航天市場中具有較大的潛力，尤其是在大型衛(wèi)星發(fā)射和可回收火箭技術(shù)方面。大家熟悉的“胖五”——長征五號就是一種大型低溫液體捆綁式運載火箭，火箭全箭總長56.97米，起飛質(zhì)量約869噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸的運載能力。長征五號研制成功，標(biāo)志著中國運載火箭實現(xiàn)升級換代，是由航天大國邁向航天強國的關(guān)鍵一步。

火箭又是如何在飛行中改變方向的呢？我們知道，火箭發(fā)動機噴出的火焰是它的動力來源，那么推力矢量控制技術(shù)，就是通過改變噴出火焰的方向，來改變火箭的飛行方向。它通過調(diào)節(jié)火箭發(fā)動機噴管的方向，改變發(fā)動機推力的作用點，從而控制火箭的姿態(tài)。該技術(shù)通過精確控制飛行方向，可以使火箭的飛行更加機動靈活，進(jìn)而減少不必要的燃料消耗，提升火箭運載能力，并且可以應(yīng)對各種氣流干擾。更重要的是，對于可重復(fù)使用的火箭，推力矢量控制技術(shù)可以幫助火箭在返回地球時精確控制著陸位置，就像一個熟練的飛行員，可以精準(zhǔn)降落在指定地點。例如，中國科學(xué)院的力箭一號就搭載了推力矢量控制技術(shù)來提升火箭飛行精度。

火箭在大氣層中飛行時，空氣會像水流一樣“拍打”火箭，使其無法保持平衡，此時安裝在火箭尾部的氣動控制面（如柵格翼、翼面等）就像給火箭裝上“小翅膀”，“小翅膀”通過改變其角度，讓空氣流動的方向發(fā)生變化，從而對火箭產(chǎn)生一個反作用力，這個反作用力可以幫助火箭調(diào)整姿態(tài)，比如向上、向下、向左、向右，或者保持平衡。舉個例子，如果火箭在飛行中稍微向左傾斜，氣動控制面會自動調(diào)整角度，讓空氣對火箭產(chǎn)生一個向右的推力，把火箭“扶正”。這個過程就像我們在騎自行車時，身體稍微傾斜，車輪會自動調(diào)整方向，幫助我們保持平衡。該技術(shù)一般用于大氣層內(nèi)的火箭姿態(tài)控制。例如，中國航天科工集團的快舟一號和藍(lán)箭航天發(fā)布的朱雀三號都利用到該技術(shù)來調(diào)整飛行姿態(tài)和落點控制。

當(dāng)然，除了上述技術(shù)外，反應(yīng)控制系統(tǒng)（RCS）也對火箭飛行中調(diào)整飛行姿態(tài)起到至關(guān)重要的作用。它主要由一組小型發(fā)動機噴嘴組成，這些噴嘴主要分布在火箭的頭部、尾部和側(cè)面，每個噴嘴都可以獨立工作，當(dāng)需要調(diào)整姿態(tài)時，該噴嘴通過噴射高速氣體產(chǎn)生微小的推力來助力火箭的軌道機動和姿態(tài)微調(diào)。

突破地球引力束縛、實現(xiàn)高效太空運輸、提升有效載荷，對火箭材料的選擇至關(guān)重要。碳纖維增強復(fù)合材料號稱航天科技中的“黑黃金”，具有輕量化、耐高溫、抗疲勞、耐腐蝕的特性，其密度不到鋼的四分之一，抗拉強度卻能夠達(dá)到鋼的7～9倍，并可在2000℃以上的高溫環(huán)境中保持穩(wěn)定狀態(tài)，也被譽為“航天嚴(yán)選”的優(yōu)質(zhì)材料。在長征五號B運載火箭的研制中，中國航天科技集團采用了碳纖維復(fù)合材料“3+2”蜂窩夾層結(jié)構(gòu)整體成型技術(shù)，實現(xiàn)火箭尾段減重400公斤。

太空中的“千里眼”和“順風(fēng)耳”

商業(yè)航天是利用商業(yè)模式運營的航天活動，旨在通過商業(yè)市場的方式開展航天技術(shù)和服務(wù)的研發(fā)、制造、發(fā)射和應(yīng)用。人造衛(wèi)星作為商業(yè)航天的關(guān)鍵組成部分，應(yīng)用非常廣泛 ，如衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域。人造衛(wèi)星猶如“千里眼”和“順風(fēng)耳”，不僅能看清楚太空中的景象，還能和地球上的設(shè)備進(jìn)行“對話”。

遙感衛(wèi)星好比太空中的“千里眼”，它能拍下地球表面的高清圖像，幫助人們了解地球上的各種情況。高分辨率遙感衛(wèi)星更是“火眼金睛”，能清晰地識別地面上的小型物體，為國土資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)等領(lǐng)域提供寶貴的數(shù)據(jù)。中國航天科技集團發(fā)射的高景一號衛(wèi)星星座，就是我國首個0.5米級高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星星座，它的出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)了國外長期壟斷亞米級商業(yè)遙感數(shù)據(jù)的局面。未來，在科技的加持下，它們的分辨率會更高，甚至可能看清每一片樹葉，重訪周期也會更短，就像一個“實時監(jiān)控器”，可以隨時更新地球的動態(tài)。低軌衛(wèi)星星座的建設(shè)會讓遙感衛(wèi)星“無處不在”，災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)會更快、更精準(zhǔn)。

作為無線電中繼站，通信衛(wèi)星技術(shù)就像是太空中的“順風(fēng)耳”，它能讓信息在全球范圍內(nèi)快速傳遞。高通量通信衛(wèi)星是通信衛(wèi)星中的“佼佼者”，它能提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，讓航空、航海、偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們都能享受到便捷的通信服務(wù)。實踐十三號衛(wèi)星是中國首顆高軌道高通量通信衛(wèi)星，由中國航天科技集團五院研制，其通信總?cè)萘窟_(dá)20Gbps以上，讓人們在高鐵、飛機上實現(xiàn)上網(wǎng)沖浪的夢想。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，低軌道衛(wèi)星正在改變傳統(tǒng)衛(wèi)星通信的格局，這些衛(wèi)星離地球更近，延遲更低，能提供更快的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，未來甚至可能讓全球每個角落都能享受到高速網(wǎng)絡(luò)。上海牽頭的千帆星座一期部署648顆衛(wèi)星，提供區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋；二期部署1296顆衛(wèi)星，實現(xiàn)全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋；三期規(guī)劃由超過1.5萬顆衛(wèi)星為地球村的每一個角落提供多元融合服務(wù)。

助推器 圖 /AI 生成

導(dǎo)航衛(wèi)星，就像是太空中的“指南針”，它能為全球用戶提供精準(zhǔn)的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS），如北斗、GPS、GLONASS等，通過多顆衛(wèi)星組成的星座，實現(xiàn)了全球覆蓋，讓你隨時隨地知道自己身在何處。北斗衛(wèi)星是中國航天界的“太空明星”，它不僅是中國的驕傲，更是全球?qū)Ш筋I(lǐng)域的“超級巨星”。北斗是全球第一個提供三頻信號服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這意味著，如果一個頻率信號被干擾，它還能用另外兩個頻率繼續(xù)工作，定位精度和抗干擾能力都超強。GPS還在用雙頻信號，而北斗已經(jīng)領(lǐng)先一步。北斗的短報文通信功能堪稱“黑科技”。以前求救者發(fā)出信息后不知道對方是否收到，而北斗實現(xiàn)了雙向溝通，求救者不僅能發(fā)出信息，還能收到確認(rèn)回復(fù)，這種功能在緊急救援中簡直是“救命神器”。北斗三號系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了全球覆蓋，不僅能為全球提供定位導(dǎo)航和授時服務(wù)，還能提供國際搜救和全球短報文通信服務(wù)。它與GPS、GLONASS、Galileo系統(tǒng)并駕齊驅(qū)，成為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一。

太空經(jīng)濟的“省錢法寶”

傳統(tǒng)的火箭和衛(wèi)星在執(zhí)行完任務(wù)后便會被廢棄，不僅成本高，而且還可能產(chǎn)生一些垃圾污染太空環(huán)境。回收與復(fù)用技術(shù)，堪稱商業(yè)航天的“省錢法寶”，它能讓火箭和衛(wèi)星這些昂貴的設(shè)備多次使用，大大降低成本。火箭回收技術(shù)，就像是給火箭裝上了“返程票”，其通過柵格翼、發(fā)動機矢量控制等技術(shù)，能按照預(yù)定軌跡返回，并在指定區(qū)域軟著陸，為再次發(fā)射做好準(zhǔn)備。長征十二號甲是中國航天科技集團八院抓總研制的一款可重復(fù)使用火箭，2024年6月，它完成了國內(nèi)首次十公里級垂直起降回收試驗，這是目前國內(nèi)執(zhí)行過最大規(guī)模的垂直起降回收測試，標(biāo)志著中國在火箭回收技術(shù)上邁出了重要一步。藍(lán)箭航天自主研發(fā)的朱雀三號VTVL-1可重復(fù)使用垂直起降回收試驗箭堪稱“太空舞蹈家”，2024年9月，它成功完成了十公里級垂直起降返回飛行試驗，驗證了垂直起降返回火箭空中二次點火和跨音速大動壓環(huán)境下“柵格舵-冷氣姿控-發(fā)動機”聯(lián)合制導(dǎo)控制等關(guān)鍵技術(shù)，這是國內(nèi)商業(yè)航天的重大突破。

衛(wèi)星回收與再利用，就像是給衛(wèi)星來了個“職業(yè)生涯第二春”。衛(wèi)星在完成任務(wù)后，通過推進(jìn)系統(tǒng)使其脫離軌道并調(diào)整姿態(tài)，以精確的角度再次進(jìn)入大氣層后，與大氣產(chǎn)生劇烈摩擦，速度迅速降低，外部溫度急劇升高，此時衛(wèi)星的熱防護(hù)系統(tǒng)開始發(fā)揮作用，保護(hù)衛(wèi)星內(nèi)部的設(shè)備和載荷免受高溫的損壞。當(dāng)衛(wèi)星下降到一定高度時，降落傘系統(tǒng)啟動進(jìn)一步減速，在接近地面時，衛(wèi)星底部的氣囊開始充氣減輕著陸時的沖擊力，保護(hù)衛(wèi)星和內(nèi)部載荷的安全，衛(wèi)星著陸后地面回收人員迅速到達(dá)著陸現(xiàn)場，完成對衛(wèi)星進(jìn)行檢查和回收。

2024年10月11日，我國成功回收了首顆可重復(fù)使用返回式技術(shù)試驗衛(wèi)星——實踐十九號，該任務(wù)標(biāo)志著我國在衛(wèi)星回收技術(shù)上邁出了重要一步。實踐十九號衛(wèi)星不僅成功完成了多項技術(shù)驗證，還搭載了植物種子和微生物進(jìn)行空間育種試驗，為農(nóng)業(yè)和生物技術(shù)發(fā)展提供了重要支持，它就像一個“太空快遞員”，完成任務(wù)后精準(zhǔn)返回地球，為未來的衛(wèi)星回收和重復(fù)使用奠定了堅實基礎(chǔ)。

太空與地球的“熱線電話”

商業(yè)航天的航天器發(fā)出后，需要持續(xù)對其進(jìn)行監(jiān)控和控制，而此時的“熱線電話”——航天測控通信技術(shù)至關(guān)重要，如航天器的飛行軌跡、姿態(tài)和工作狀態(tài)的測量、監(jiān)視與控制任務(wù)等等，它是航天器從起飛至壽命結(jié)束過程中天地聯(lián)系的唯一手段。而地面測控站又是航天測控通信系統(tǒng)的重要組成部分，它是連接地球與太空航天器的關(guān)鍵樞紐，可對航天器進(jìn)行跟蹤測量、控制和通信。

地面測控站的設(shè)備包括外測系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電視系統(tǒng)、時間統(tǒng)一系統(tǒng)、計算系統(tǒng)以及輔助設(shè)備。其中，外測系統(tǒng)是地面測控站的主體部分，其任務(wù)是對航天器進(jìn)行跟蹤測量，獲取航天器的運動參數(shù)，確定航天器的軌道和位置，精準(zhǔn)檢測航天器的一舉一動。遙測系統(tǒng)的任務(wù)是接收從航天器發(fā)送的關(guān)于航天器上設(shè)備工作狀態(tài)、空間環(huán)境參數(shù)和宇航員的生理信息等。電視系統(tǒng)用于接收有關(guān)載人航天器的動態(tài)作業(yè)情況，觀察航天員在航天器內(nèi)和艙外的活動。計算系統(tǒng)則是整個測控系統(tǒng)的核心，要求大容量、高速度的計算機，來滿足快速精準(zhǔn)處理海量遙測數(shù)據(jù)、精確計算軌道參數(shù)、高效生成并發(fā)送控制指令、穩(wěn)定管理通信鏈路的需求。時間統(tǒng)一系統(tǒng)用于為地面測控站提供精確標(biāo)準(zhǔn)時間基準(zhǔn)，同步各設(shè)備時間，保障測控數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和任務(wù)協(xié)同性。

我國在國內(nèi)有5個陸上測控站，包括東風(fēng)站、渭南站、青島站、廈門站、喀什站，在國外有4個陸上測控站，包括卡拉奇站、納米比亞站、馬林迪站和智利站。

火箭回收 圖 /AI 生成

由于地球是球體，地面測控站的信號覆蓋范圍有限，隨著航天器的飛行，會超出測控站的視距范圍。中繼衛(wèi)星位于地球靜止軌道，相當(dāng)于在太空中架設(shè)了一個信號中轉(zhuǎn)站，可以接收航天器的信號并轉(zhuǎn)發(fā)到地面測控站，大大擴展了測控覆蓋范圍，實現(xiàn)對航天器的全球、全天候測控通信覆蓋。

我國的天鏈衛(wèi)星系統(tǒng)是中繼衛(wèi)星的“明星成員”，從2008年發(fā)射的天鏈一號01星開始，已經(jīng)建成了兩代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)。天鏈一號01星讓神舟七號飛船的測控覆蓋率從18%提高到了50%。2012年，天鏈一號02星和03星組網(wǎng)運行，使我國成為繼美國之后第二個擁有全球覆蓋能力的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國家。2025年3月26日，長征三號乙運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功將天鏈二號04星送入預(yù)定軌道，這顆衛(wèi)星是我國第二代地球同步軌道中繼衛(wèi)星，主要用于為飛船、空間站等載人航天器提供數(shù)據(jù)中繼和測控服務(wù)，同時也為中、低軌道資源衛(wèi)星提供數(shù)據(jù)中繼和測控服務(wù)。天鏈二號04星在傳輸能力、響應(yīng)速度等方面進(jìn)行了多項技術(shù)狀態(tài)改進(jìn)，進(jìn)一步提高了我國第二代地球同步軌道中繼衛(wèi)星的自主性和安全性。鵲橋中繼衛(wèi)星則是為嫦娥四號任務(wù)量身定制的中繼衛(wèi)星，它部署在地月L2點，為嫦娥四號探測器在月球背面著陸和通信提供了關(guān)鍵支持，鵲橋中繼衛(wèi)星就像一座“太空橋梁”，讓地球和月球背面的探測器能夠?qū)崟r通信。

商業(yè)航天，這個充滿無限可能的領(lǐng)域，正以它獨特的魅力吸引著全球的目光。從火箭技術(shù)到衛(wèi)星技術(shù)，從回收與復(fù)用技術(shù)到航天測控通信技術(shù)，每一個技術(shù)分支都在不斷進(jìn)步，推動著商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。未來，商業(yè)航天將繼續(xù)以技術(shù)創(chuàng)新為引領(lǐng)，不斷探索和開拓，向著更深更遠(yuǎn)的太空邁進(jìn)。讓我們一起期待商業(yè)航天帶來的更多驚喜吧！

（文章來源：《創(chuàng)意世界》2025年6月號）

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編校：范曉華，審讀：郭麗

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