“运载器一号”，空射火箭“新人”又来抢商业发射订单
来源：中国航天报 作者：于远航
1月17日，美国维珍轨道公司的空射小型运载火箭“运载器一号”发射成功。它的成功发射不仅为商业运载火箭家族增添了一名新成员，而且其新颖的发射方式也将为未来的航天运输带来更多的可能。
风雨过后见彩虹
此次首飞成功的“运载器一号”是一枚两级液体空射火箭，采用RP-1煤油和液氧的推进剂组合。火箭全长21米，重约30吨。火箭一子级直径1.6米，采用一台推力32.7吨的牛顿三号发动机；二子级直径1.3米，采用一台推力2.7吨的牛顿四号发动机。该火箭近地轨道运载能力为500公斤，500公里太阳同步轨道运载能力为300公斤。
“运载器一号”在完成地面准备之后，挂载在一架绰号为“宇宙女孩”的改装型波音747飞机左侧机翼之下。机上乘有4人，其中两人为飞机乘组，另两人为火箭工程师。之后，载机于美国东部时间13时38分从加州莫哈韦航空航天港起飞，将火箭携带到高空发射。
按照程序，载机在14时59分，在飞到加州外海海峡群岛附近的太平洋上空时，以超过25度的角度拉起，从10.7公里的高空把挂装在左机翼下的火箭投放出去。
火箭在5秒后让一级牛顿三号发动机点火工作，时长约为3分钟。第一级随后分离，接着二级牛顿四号发动机开始工作，时长约6分钟。火箭整流罩在二级点火后约20秒抛掉。二级关机后，火箭经过46分钟的惯性飞行后，“牛顿四号”二次点火工作5秒，最后把有效载荷部署到高度近500公里的轨道。
“运载器一号”一路走来颇为不易，从开始研究到如今发射成功已经经历了14年，其间经历了载机更换、试飞推迟、跟一网公司打官司、受新冠肺炎疫情影响等诸多波折。
本次任务的代号为“发射验证2”，从名字就可以看出这不是“运载器一号”的第一次试飞了。在2020年5月25日的首次入轨发射尝试中（即代号为“发射验证”的任务），一级火箭发动机在点火后几秒便关机了，导致发射失败。
为了确定故障原因，维珍轨道公司请来大量专家开展独立调查，其中包括原宇宙神和德尔塔火箭的总工。在8月份，维珍轨道公司宣布了故障调查结果，认定是由于一级液氧推进剂管路破裂，导致了发动机关机。
本来维珍轨道公司计划在去年12月中旬就进行该火箭改进后的第二次发射，但因新冠肺炎疫情推迟。去年，受疫情影响，维珍轨道公司完全重组了业务运营，并对设施进行了一些重大改变，以应对疫情冲击，还一度有高达90%的员工都被迫待在家里。
从航空向航天跨界
说起“运载器一号”的东家——维珍轨道公司，大家一定有种似曾相识的感觉。
载机成功投放发射器一号运载火箭
维珍品牌的创始人理查德·布兰森，于1970年在伦敦成立了一家小型的邮购公司，取名为“维珍”。1984年，布兰森迸发了创设一家飞越大西洋航空公司的念头，成立了英国维珍大西洋航空公司，简称维珍航空。当年6月，维珍航空得到一架波音747-200型客机正式投入服务。1984年6月22日，维珍航空完成了伦敦到纽约的首航。发展至今，维珍航空已成为排在英国航空公司之后的英国第二大国际航空公司。此次发射使用的“宇宙女孩”波音747飞机原来就是维珍航空的。
2004年6月，微软公司创始人之一保罗·艾伦创办的莫哈韦航空航天探险公司，研制了载人航天器“太空船一号”，成功进入距离地面103公里的太空。受此激励，布兰森创立维珍银河公司，谈判获准使用“太空船一号”的技术，建造了世界上首架投入商业服务的私人飞船“太空船二号”，开启太空旅游的大众市场。维珍银河公司是第一个公开卖票的商业太空旅游公司，预计今年能够实现首次商业飞行。
仅仅是亚轨道飞行还不够，早在2007年，维珍银河公司就开始研究空射概念。
2012年7月，维珍银河公司公布了其运载器一号空射型航天发射系统设计，火箭拟与太空船二号载人亚轨道飞行器共用同一架“白衣骑士二号”载机。2014年9月，维珍银河公司宣布修改后的设计方案。2017年3月，维珍轨道公司从以载人亚轨道飞行为主业的维珍银河公司剥离出来，专门从事空射运载火箭研制，开展小型卫星发射业务。其总部和火箭工厂均设在美国加州长滩，现有正式员工约500人。
筑就更广阔的通天之路
“运载器一号”是全球首个成功飞行的空射液体火箭，创造了航天界的新纪录。尽管早在1990年4月5日美国就已经成功发射了飞马座小型空射固体运载火箭，近年来又开展了ALASA、“快速抵达”“平流层发射系统”等空射项目研究，但“运载器一号”是真正可以商业应用的。
载机携带的发射器一号运载火箭
前轨道科学公司（现属诺·格公司）的飞马座火箭尽管已经飞过44次，但一直靠美国政府的业务来养活。“飞马座”从美国宇航局拿到的最近一份发射合同价格高达5600万美元，而“运载器一号”的报价仅1200万美元。
相对于地面或海上发射的火箭，空射运载火箭有许多优点。
一是机动性好，不受固定发射地点的限制，可在载机航程范围内的任意点实施发射，从而可以大大拓展发射点选择范围。
二是反应快速。空射火箭无需依赖复杂的地面发射设施，发射准备时间短，而且通过灵活选择发射点可避免发射时遭受气象条件的影响，增加了发射窗口的宽度。
三是发射成本相对较低。火箭从空中发射可以充分利用载机的飞行高度和飞行速度，节省10%~15%的能量，在相同的起飞重量下，比从地面发射具有更大的运载能力。据统计，与传统陆基发射相比，空基发射可节约发射成本高达30%。
无论如何，发射微小卫星的一种新选择诞生了。空射运载火箭将使地球上更多的地方适于航天发射，目前“运载器一号”火箭就已经规划了5个全球发射点，分别位于美国、英国和日本。可以说，人类通向宇宙的道路变得更加宽阔了。