引力一号研制团队：突破固体火箭运力瓶颈，起飞重量达405吨
封面新闻记者杨峰山东海阳摄影报道
2024年1月11日1时30分，停泊在山东海阳近海的中国东方航天港号发射船上，火光闪起，烟雾升腾，全球现役最大固体火箭“引力一号”从中发射升空，几秒后，巨大轰鸣声冲至约3公里外的连理岛。数百观礼人员顾不得被这首次响彻海阳的声浪所撼动，目光紧随着火箭在天上用烟云划下长长的弧线。
约2分钟后，助推器分离成功，引力一号跨过了捆绑式固体火箭发射的重大技术难关。“终于成功了！”一位东方空间的员工边蹦边喊着拥抱住了东方空间联合创始人、联席CEO姚颂。“还没入轨呢。”姚颂虽难掩喜色，但仍作镇定让大家等待进一步信息。
约10分钟后，星箭分离，云遥一号18-20星共3颗卫星成功进入预定轨道，引力一号在天上留下的烟云，在强风吹拂下扭成一个心形，一阵烟花、数阵欢呼，东方空间积蓄三年的成果，终于宣告成功。
1月11日，引力一号火箭首次发射升空。摄影：杨峰
面向批量卫星发射市场，打造规模化和便捷化火箭
东方空间是姚颂从AI芯片赛道成功退出后的第二次创业。1月10日，他在“引力一号”发射前的媒体沟通会上，回顾了中国商业航天领域的几次重要更迭。
2014年底，中国相关政策开始放松，商业航天行业正式诞生，2014年底翎客航天成立，2015年蓝箭成立，2016年星际荣耀成立。“但当时由于政策不明确，投资人都较为谨慎。2019年至2021年，商业航天产业进入投资高峰期与密集期，星际荣耀在2019年实现入轨的首次成功飞行，其后蓝箭、朱雀等也均做出动作。”姚颂说。
公开资料显示，2020年，中国商业航天投资进入一个高峰期。当年6月，出身长征十一号运载火箭团队的东方空间联合创始人、联席CEO、引力一号总设计师兼总指挥布向伟、东方空间首席运营官魏凯等航天人成立了东方空间（山东）科技有限公司，而后姚颂加入了团队任联席CEO。
1月11日，助推器分离成功后，东方空间的员工同姚颂拥抱。摄影：杨峰
布向伟在接受媒体采访时表示，相比其他民营航天公司，东方空间成立的时间晚了，小型火箭无非是追随别人的脚步，技术上没有突破，行业地位也显现不出来。中小型火箭，尤其是单杆式中小型火箭，几乎已是一片“红海”。
“用户要什么？安全低价地将卫星送至预定轨道。用户只在意成本及交付是否靠谱，并不在意你的火箭发送机是液体技术还是固体技术。所以我们决定选择用相对成熟的固体技术做出一型大运载量的火箭，比当前市面上所有火箭运载能力都强出一大截的型号。”布向伟称。
姚颂进一步表示，目前市场上很多真实的商业需求并没有得到满足，东方空间基于去满足客户需求的紧迫性、整个行业供应链的成熟度、成本问题等因素，决定了从固体到液体煤油的迭代规划，规模化和便捷化，是东方空间火箭产品论证的要素。
“目前主流卫星星座单颗卫星重量大都在200-300公斤，必须4吨以上运载能力的火箭，才好实现一次布置半个或一个轨道的批量发射，实现高效组网，并控制发射成本。”姚颂说。
姚颂表示，虽然2021年到2022年，由于多家企业遭遇发射失败，商业航天经历了一个低潮，但从2023年底开始，因为国家政策层面开始加大扶持力度，商业航天行业开始回暖。另外，以星链为标杆的卫星互联网应用证明了，火箭市场是一个在迅速打开的市场，厂商之间基本上不存在直接竞争，至少在2030年以前，各家公司只要能把一个运载能力足够可靠、价格足够便宜的火箭造出来，基本上就不会缺卫星互联网发射的订单。
引力一号火箭主要指标。图据：东方空间网站
在此背景下，使用航天科技集团四院提供的7台大推力固体发动机，采用固体助推器捆绑固体芯级构型研制的，具备海上发射能力的全球最大固体火箭引力一号，在东方航天港应运而生。
三年磨一剑，突破固体火箭运力瓶颈
引力一号运载火箭采用三级半全固体捆绑构型，高度约为30米，整流罩直径4.2米，芯级和助推器直径同为2.65米，起飞重量405吨，起飞推力600吨，近地轨道运载能力6.5吨，500公里太阳同步轨道运载能力4.2吨。相比国际上现役推力最大的固体火箭——欧空局研制的四级固体运载火箭“织女星-C”，引力一号的起飞质量高出195吨、起飞推力高出141吨。
1月11日上午，从连理岛望去，红色的东方航天港号发射船上竖立的引力一号，是一个下宽上细，看着有些“矮胖”的白色柱体，它的这一特色形体，与其固体芯级上捆绑4个固体助推器直接相关，这种“固—固”捆绑的设计，也属国内首型。
引力一号总体副总师黄帅表示，“我们做构型论证的时候，首先考虑的是要搞海射，要搞运力比较大的火箭。按照中国现有固体发动机的情况，固体捆绑是必须采用的方案。”
1月11日，引力一号火箭首次发射升空。摄影：杨峰
但是增加4个助推器并不简单。在国内民营商业火箭中，此前发射成功的都是“光杆”的构型。多捆绑了4个助推器，设计复杂度、专业耦合度更高，对系统协同能力的要求也更高：由于助推分离高度低，火箭飞行过程中会受到更严酷的气动影响，需要气动、载荷、控制、分离等专业深度耦合设计；此外，固体发动机只能耗尽关机且不同发动机工作不同步，在几百毫秒的分离过程中控制力和全箭参数剧烈变化，也给稳定控制以及可靠分离带来巨大挑战。
固体助推器不同步导致的分离难题，是突破固体火箭运力的主要瓶颈。“我们花了两年多的时间，才把这个难题给攻克掉。”姚颂说。布向伟说：“我们通过飞行时序优化，有效保证了助推分离过程及控制的可靠性。”
黄帅表示，在分离难题外，固体捆绑反而给海上发射带来了好处。“通过捆绑，火箭的高度降低，重心可以控制得比较低，这增加了火箭的支撑跨度，可以让火箭在船上立得更稳，也让火箭不需要单独的勤务塔就可以进行保障。”
自2021年3月立项以来，东方空间“引力一号”研制团队约100人，攻克了4大关键技术群、17项关键技术，开展了23项大型地面试验、489项单项试验、1452次试验迭代。
1月11日凌晨4点，实验队在海阳的岸边举行了出征仪式，队员们在领到寓意“包成”的包子和橙子后，冒着刺骨的海风奔赴各个岗位，完成射前的最后准备。到1月11日下午，任务宣告成功，这些航天人，终于在一阵阵欢呼中释放他们积蓄了三年的情感。
1月11日，引力一号火箭首次发射升空。摄影：杨峰
在引力一号首飞成功的同时，东方空间的引力二号中大型可回收液体火箭也同步在研，计划用两年时间攻克可回收技术，并提升火箭运载能力至15-20吨。“公司在成立的时候，我们内部提出来一个目标，希望花10年的时间，让发射成本降低到SpaceX的水平，把发射能力提升到SpaceX当前的水平。这就是我们要继续完成的事情。”姚颂说。