织女星-C成功首飞开启欧洲航天运输新时代

隋阳(北京航天长征科技信息研究所)

1 织女星-C 火箭首次发射任务飞行情况

织女星﹣C 首飞任务共将7 个载荷发射入轨，包括主载荷意大利激光相对论卫星－2（LARES－2）和6 颗立方星，且主载荷与搭载载荷的部署轨道高度不同，LARES－2 卫星轨道高度5893km，6 颗立方星轨道高度为5841km，载荷总质量474kg。发射任务持续2h15min32s，上面级AVUM﹢总计进行5 次点火启动，第2 次点火关机后1min，将主载荷释放至5893km 高度轨道。第4 次点火关机后在5841km 高度轨道，每隔1s 释放1 颗立方星，总共释放了6 颗。在第5 次点火后，AVUM﹢开启钝化离轨程序。

织女星-C 火箭首飞飞行时序

2 织女星-C 火箭概况

织女星﹣C 直径3.4m，高34.8m，起飞质量210t，700km 太阳同步轨道（SSO）的最大运载能力2.2t，相比“织女星”火箭运载能力提升了800kg。织女星﹣C 在“织女星”火箭的基础之上升级改进而来，为四级构型，仍采用3 个固体子级和1 个常温液体上面级。3 个固体子级的推进剂均为端羟基聚丁二烯（HTPB）。

织女星﹣C 火箭的一级采用P120C 固体火箭发动机，相比“织女星”一级采用P80 发动机，直径从3m 增至3.4m，高13.5m，推进剂质量143.6t，平均推力4500kN，外壳为厚25cm 的一段式碳纤维复合材料结构。P120C 发动机由艾唯欧公司研制，是目前世界上推力和规模最大的一段式固体火箭发动机，壳体采用预浸渍碳纤维环氧树脂复合材料纤维缠绕与铺放法制成。除了作为织女星﹣C 火箭一级，P120C发动机还将作为阿里安－6（Ariane－6）火箭固体捆绑助推器的发动机。通过两型火箭共用，可提高P120C 的批产数量，降低单台发动机的制造成本。

织女星-C 火箭基本构型参数

织女星﹣C 火箭的二级发动机为新研制的Zefiro－40 固体火箭发动机，推进剂质量36.2t，平均推力1304kN。火箭三级采用Zefiro－ 9 固体火箭发动机，与“织女星”火箭相同，推进剂质量10.5t，平均推力为314kN。火箭第四级为AVUM﹢常温液体上面级，可精确定位不同轨道高度以满足释放不同轨道载荷需求。该模块还具有钝化功能，任务结束后不会产生太空碎片。织女星﹣C 的整流罩长9m，直径3m，尺寸相比“织女星”火箭直径2.6m的整流罩也有明显提升。

织女星﹣C 火箭的二级、三级的级间段采用碳纤维螺旋单向筋密集网格结构，采用碳纤维连续沉积工艺制造出主结构后，再灌注环氧树脂。网格结构外侧覆盖碳纤维薄层蒙皮，也具备一定的承载能力。通过上述结构减重设计，织女星﹣C 的级间段质量降至165kg，且可承受质量为430t 的载荷。

3 “织女星”系列火箭的未来发展

“织女星”火箭在欧洲的航天运输领域发挥了重要作用，是构成欧洲独立进入空间能力的重要一环。截至2022 年6 月，“织女星”火箭共执行了20 次发射任务，大部分是为欧洲各国政府机构发射卫星。目前“织女星”系列火箭正在升级研发迭代演变，欧洲在“织女星”火箭基础上发展了织女星﹣C 和织女星﹣E 两型改进型火箭。在2025 年后，新型火箭将与阿里安－6 火箭一道进一步提高欧洲航天运输竞争力。这也是欧洲面对全球航天运输市场的快速增长作出的回应，欧洲航天将基于构建通用模块配置打造系列火箭产品。

（1）俄乌冲突给织女星-C 带来不确定性

尽管织女星﹣C 火箭首飞取得成功，但是俄乌战争爆发给织女星﹣C 火箭的未来发展带来了不确定性，因其AVUM﹢上面级采用了乌克兰南方机械制造厂生产的RD－869 常温液体火箭发动机。随着俄乌之间冲突持续，导致该型发动机将断供。目前，欧洲库存的6 台RD－869 常温液体发动机可以保证“织女星”和织女星﹣C 的发射任务延续到2023 年。为此，欧洲一方面为AVUM﹢上面级寻求替代发动机，另一方面则是进一步提升能力，研发后续改进型号——织女星﹣E 运载火箭。

（2）织女星-E 研制项目或将进一步提速

织女星﹣E 为三级构型，其一、二级与织女星﹣C相同，三级为液氧甲烷动力的低温上面级，取代织女星﹣C 火箭的固体三级与AVUM﹢常温液体上面级，运载能力提升20%，成本降低20%，计划2026 年实现首飞。艾唯欧公司正在加快织女星﹣E 三级采用的M10 液氧甲烷发动机，已于2022 年5 月6 日完成首次点火试车。M10 液氧甲烷发动机真空推力98kN，比冲362s，采用膨胀循环，具备多次点火启动能力。M10 发动机大量采用3D 打印技术，制造速度快，成本低。

织女星-C 二、三级级间段网格结构

"织女星"系列火箭未来发展构型规划图

（3）搭配不同模块构建织女星航天系统

随着不断的升级与发展，“织女星”系列火箭不断改进提升推力，艾唯欧公司还在构建织女星航天系统，在上面级配备多种在轨部署的新型模块化载荷适配器——AVUM 寿命扩展模块（ALEK），可更加灵活地将不同质量、不同功能的有效载荷分别部署入轨。ALEK 模块有三种构型，可直接连接适配器，适配器有四种类型。三种模块可以搭配任意一种适配器，大大增加模块通用化水平。

4 织女星-C 成功首飞对欧洲航天的意义

（1）摆脱对俄罗斯依赖

自俄乌战争开始，欧洲对俄罗斯采取经济制裁措施后，俄罗斯中止了俄欧之间的联盟﹣ST 火箭合作项目，撤离了全部技术人员。联盟﹣ST 火箭在库鲁的发射任务全部遭受影响。联盟﹣ST 火箭此前一直作为欧洲进入空间能力的重要组成部分，弥补了“织女星”火箭和阿里安－5 火箭之间的运载能力断档的空白，为“伽利略”（Galileo）导航卫星、“哨兵”（Sentinel）侦察卫星等重要的政府载荷提供发射机会。俄乌冲突导致联盟﹣ST 的后续任务遭受严重影响，欧洲自主进入空间能力的缺陷充分暴露。为了解决上述问题，摆脱对俄罗斯联盟﹣ST 火箭的依赖，欧洲此前已经规划了未来“织女星”系列与“阿里安”系列火箭的发展路径，织女星﹣C 和织女星﹣E 将SSO 运载能力提升到了2t 以上，阿里安－6 未来两型火箭将采用“织女星”一级模块化助推构型，未来将能够替代联盟﹣ST 执行发射任务。此次织女星﹣C的成功发射也意味着欧洲向着完全自主进入空间能力迈出了重要的一步。

（2）模块通用化降低成本

ESA 作为统筹欧洲航天运输系统发展的机构，在织女星﹣C 和阿里安－ 6 两型火箭的规划论证和研制过程中，提出共用P120C 发动机的方案，通过提高批产数量，降低发动机制造成本。根据ESA 目标，阿里安－ 6 火箭未来最终的目标年产量为12 枚，仅阿里安－ 6 火箭每年就需要24～48 台P120C 固体发动机，织女星﹣C 与之共用，必然进一步提高发动机年产数量。在相同前期研发和生产设施建设投入下，批产数量提升必然能够摊薄成本，大大增强竞争力。

（3）提高了卫星部署灵活性和任务适应能力

织女星第四级从先前AVUM 基础上改进为AVUM﹢，携带更多推进剂，在轨时间有效延长，通过多种在轨部署分配器直接连接主副卫星载荷，并可以实现将不同轨道、不同质量的卫星依次部署入轨，具有多次点火、关停能力，任务适应性更好，灵活性更强，可面向更多服务客户，提高在世界航天运输市场的竞争力。尤其是搭配“太空骑士”飞行器，还可能为欧洲重复使用航天运输系统的发展打下良好基础。