中国的货运航天飞机来了!

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在神舟系列飞船不断刷新纪录的同时，空间站的长期运营对物资补给提出了更高要求。进入常态化运营阶段的空间站，每年约需要4-5次补给任务。引入低成本货运飞船，不仅能降低补给成本，还能提高补给频次的灵活性。


“昊龙”货运航天飞机。图源：中国航空工业集团

10月29日，中国载人航天工程办公室正式公布了空间站低成本货物运输系统方案征集结果。经过第二轮择优，中国科学院微小卫星创新研究院的“轻舟”货运飞船和中国航空工业集团成都飞机设计研究所的“昊龙”货运航天飞机成功入选，获得工程飞行验证阶段合同。其中，“昊龙”货运航天飞机属于带翼可重复使用航天器。
这标志着中国在太空物流领域迈出了重要一步，为商业航天的发展开启了新的篇章。
我国的货运飞船和货运航天飞机长啥样？都有哪些技术上的突破？未来值得期待的应用场景是什么？
文｜孙晶
编辑｜王乙雯 瞭望智库
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太空物流的新纪元

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“轻舟”货运飞船由中国科学院微小卫星创新研究院研制，是该院提出的以航天员为中心“低成本、高可靠、高应变、高智能”的轻小、快捷货物运输系统，计划由中科宇航的“力箭二号”液体运载火箭作为发射“轻舟”货运飞船的主选火箭。


“轻舟”货运飞船。图源：中国科学院微小卫星创新研究院
“轻舟”货运飞船采用一体化单舱构型，货舱容积达到27立方米，如此大空间将进一步降低中国空间站上行货物运输成本，增强上行货物运输灵活性。此外，研发团队还提出了多种载荷方案，提供可选的大容量冰箱，以及辅助智能货物运输管理系统。“轻舟”货运飞船不仅能完成货物的上行和下行，还可搭载各种试验载荷，支持有人或无人参与的空间科学载荷和多种在轨试验。中国科学院体系下的商业航天公司参与国家级空间站项目，标志着科研机构与商业航天企业的深度融合。“昊龙”货运航天飞机是为了进一步降低中国空间站货物运输成本，由中国航空工业集团成都所按照大翼展、高升阻比、可重复使用技术方案自主设计研制，属于带翼可重复使用航天器。“昊龙”货运航天飞机借鉴了航空领域的先进技术，通过运载火箭发射并与空间站交会对接，脱离空间站后经离轨制动、再入飞行在机场跑道水平着陆，同时具备大气层内外良好的飞行性能。这使得它在执行太空任务的同时，具备了返回地球并重复使用的能力。同时“昊龙”货运航天飞机具有较大的货物上下行能力，进一步降低了任务成本。这两款方案的入选，不仅满足了空间站频繁补给的需求，也为中国商业航天的发展提供了新契机。中国载人航天工程办公室副主任兼发言人林西强表示，通过这次遴选，吸引了传统航天企业外的科研院所和商业航天企业参与载人航天工程飞船、火箭等飞行产品研制。
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多元化的竞争格局

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在本次方案征集中，共有10家单位提交了方案，经过初步筛选，有4家进入详细设计阶段。除“轻舟”和“昊龙”外，另有中国空间技术研究院（CAST）和上海航天技术研究院（SAST）提出的方案。虽然方案未能最终入选，但体现了各家航天科技企业在低成本货运飞船领域的探索。

“昊龙”货运航天飞机。图源：中国航空工业集团
中国空间技术研究院作为中国载人航天工程的重要参与者，曾成功研制了天宫空间站各个舱段、天舟货运飞船和神舟载人飞船。他们提出的低成本货运飞船方案，旨在优化现有技术，降低成本，提高效率。上海航天技术研究院则在运载火箭和航天器制造方面富有经验。他们的方案可能在推进系统、结构设计等方面有所创新，进一步推动了低成本航天器的研制。这次遴选结果显示，中科院体系、航空工业体系此次入局航天。中国在低成本货运飞船领域已经形成了多元化的竞争格局。可以预见，传统航天企业与新入航天公司共同参与，将激发创新活力，有助于我国构建一个健康、有序的太空物流体系。
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搅动航天领域的“鲶鱼”

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商业航天企业的加入，为中国航天事业注入了新的活力。以中科宇航为例，作为中国科学院的衍生公司，其计划在2025年首飞“力箭二号”液体运载火箭，并承担“轻舟”货运飞船的发射任务。这是商业航天企业首次参与国家空间站项目，具有里程碑意义。此外，像天兵科技、蓝箭航天、星河动力等一批商业航天公司也在积极研发可重复使用的中型运载火箭。蓝箭航天表示，该公司“朱雀三号”已完成方案阶段转初样阶段工作，全面开展初样阶段各系统产品研制，计划于2025年实施首飞，2026年实现一子级回收复用，力争在未来3年内助力中国商业航天实现大运力、低成本、可重复使用运载火箭技术的根本性突破。这些企业的崛起，使得中国的商业航天市场更加活跃，多样化的市场主体推动了技术创新和成本降低。我国自2014年底开始大力培育商业航天行业，逐步扩大了开放的范围和深度。据艾媒咨询数据及雪球网报道，我国商业航天市场规模自2015年以来保持高速增长，2017年至2024年，年增长率保持在20%以上，预计2024年商业航天市场规模将达23382亿元。数据表明，中国商业航天市场正处于快速发展阶段，而且商业航天企业的参与，为航天领域带来了“鲶鱼效应”，促进了技术进步和产业升级。中国在低成本货运飞船领域的举措，与美国国家航空航天局（NASA）的商业补给服务（CRS）计划有着相似之处。NASA在2008年授予了轨道科学公司（OSC）和太空探索技术公司（SpaceX）商业补给服务合同，2012年实现了首次向国际空间站运送货物。通过引入商业力量，NASA成功降低了空间站运营成本，提升了补给的效率和灵活性。以2021年发布《关于征集“面向空间站运营的低成本货物运输”方案设想的公告》为标志，中国载人航天工程办公室表达了接受来自商业航天公司空间站货运服务的意愿。这为各类商业航天企业参与国家重大航天工程打开了大门，推动了商业航天的快速发展。
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低成本背后的高要求

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研制低成本货运飞船，需要在确保安全可靠的前提下，实现成本的大幅降低。这对参与的企业和科研机构提出了巨大挑战：
首先是技术创新，需要在推进系统、结构材料、制造工艺等方面实现突破，以降低研制和运营成本。其次是可靠性保障，航天任务对安全性要求极高，降低成本不能以牺牲可靠性为代价，需要严格的质量控制体系。另外还有市场竞争，参与企业需要在激烈的市场竞争中脱颖而出，提供更具性价比的方案。中国载人航天工程办公室在低成本货运运输系统的运力、成本、安全等方面，都提出了相对具体的能力要求，例如，要求货物运输航天器密封舱货物上行能力不小于1.8吨，密封舱货物装载空间不小于7立方米；能够与空间站完成交会对接并在轨停靠不小于3个月；发射场测试发射流程不大于30天；货物运输成本不大于1.2亿元/吨；具备受控再入大气层的能力，能够安全处置废弃物，消除空间碎片问题等。这些高要求对于研制单位来说，既是挑战也是机遇。根据中国航天科技集团专家介绍，低成本货运飞船面临的技术挑战主要包括：轻量化设计：需要在保证强度的同时最大限度减轻重量智能化控制：实现高度自主的对接和返回可靠性保证：在降低成本的同时确保安全性能快速周转：缩短发射准备周期，提高使用效率只有在技术上取得突破，才能满足任务需求，实现低成本与高可靠性的统一。
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更多应用场景值得期待

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随着新型低成本货运飞船的研制和投入使用，我国正在为构建一个更加动态和竞争性的航天生态系统奠定基础。未来，我们可以对这些方面抱以热切期待。

高效的太空物流体系：低成本货运飞船的加入，使空间站的补给更加灵活高效，支持更多的科学实验和长期驻留。可重复使用技术的普及：带翼航天飞机等可重复使用技术的应用，将大幅降低太空运输的成本，推动航天活动的常态化。商业航天的全面参与：更多商业航天企业将参与到国家重大航天工程中，激发创新活力，促进产业升级。国际合作与竞争：中国的低成本货运飞船将与全球其他国家的类似项目展开竞争，同时也为国际合作提供了新的机会，共同推动太空经济的发展。我国正计划在未来几年内拓展空间站规模，例如，发射又称巡天空间望远镜的巡天号光学舱，这是中国天宫空间站的组成部分之一，同时也将是中国发射的第三个空间望远镜以及首个设置于地外空间的大型可见光天文望远镜。所有这些扩大的规模也连带需要开展维护、修理和潜在升级工作等等。这必将进一步增加对货运补给的需求，为低成本货运飞船提供更多的应用场景。“轻舟”“昊龙”等低成本货运飞船的入选，标志着中国航天事业进入了一个新的发展阶段。各类航天机构的参与，激发了创新活力，推动了产业升级。未来已来，我们期待着更多的低成本货运飞船翱翔太空，为中国空间站的建设和运营贡献力量。