在商业航天高速发展的今天，卫星组网、深空探测任务对火箭入轨能力提出越来越高的要求。一枚火箭想要把多颗卫星送往不同高度、不同倾角的轨道，仅仅依靠火箭本体是远远不够的，被业内称作“太空摆渡车”的上面级，正是完成这一使命的核心装备。近日，中科宇航自主研发的力巡一号上面级圆满完成全套动力系统系列试验，所有关键指标达到国际主流水平，型号正式具备转入飞行试验的条件，计划将于明年一季度实施首飞，标志我国商业航天在上面级领域实现重大突破。

很多普通读者对上面级这个概念比较陌生，通俗来讲，上面级就放置在火箭箭体与航天器之间，可以理解为一台太空专用的轨道转移交通工具。运载火箭主要负责冲出地球大气层，将上面级连同卫星一起送入初始轨道。当火箭的燃料耗尽完成分离之后，后续的工作就交给上面级。它可以在太空当中多次点火、自主变轨，把搭载的一颗颗卫星精准送往预定工作轨道。没有它，一枚火箭很难一次性完成多颗卫星的差异化部署，高轨卫星、深空探测任务的实施难度也会成倍提升。可以说，上面级的性能上限，直接决定了火箭能完成多复杂的航天任务。

为了交出可靠的产品答卷，力巡一号上面级在地面已经经历了一轮又一轮严苛的试车考核，每一次点火，都是对发动机、管路、控制系统的极限检验。时间回溯到今年3月，型号配套的20kN发动机率先开展边界工况试车，针对变混合比、变冷却百分比等各类极端工况开展拉偏考核，本次试车累计点火18次，总点火时长481秒，验证发动机在偏离标准工作条件之下，依旧可以稳定输出动力。

到7月份，项目进入可靠性试车阶段，这一轮测试总工作时长达到2906秒。测试覆盖多种工作模式，额定额定混合比工况累计工作1300秒，同时完成高混合比、低混合比、高工况等高难度场景的长时间测试。地面模拟太空当中会遇到的各类工作状态，最大限度提前暴露潜在隐患，避免上天之后出现故障。

8月份开展的PV‑001整机协调性试车，是整个研制流程当中至关重要的系统级大考。不同于单一发动机测试，整机试车把增压系统、推进剂输送管路、贮箱、伺服控制系统全部整合在一起，模拟真实飞行状态，检验全系统协同工作能力。整场试车持续点火566秒，主发动机多次完成启动，实测比冲达到315秒，全部性能指标满足设计需求，完整覆盖首飞需要面对的全部任务剖面。至此，这款20kN液体发动机地面累计点火总时长已经达到5211秒，海量地面试验数据，为上天飞行筑牢根基。

整机试验过程当中，研发团队采集了海量实测数据。缓冲阀、减压阀的冲击与调压特性，贮箱气垫增压表现，发动机室压、推力、燃烧效率、多次启动性能等关键参数，实测结果和仿真预判高度吻合。这充分证明整套系统硬件设计合理，控制算法准确可靠。即便处在多次启停、工况切换、长时间稳态运行等复杂条件，伺服机构依旧响应迅速，定位精准，为未来太空飞行积累了扎实的数据库。

本次系列试验，一举验证力巡一号上面级三大硬核核心技术，也是这款国产太空摆渡车的核心竞争力。

第一是20kN发动机大推力、高性能、多次启动技术。多次点火能力是上面级最核心的本领，卫星异轨部署、深空转移，都需要发动机可以停机之后再次点火。研制团队攻克针栓式喷注器高效燃烧技术，解决长时间工作可靠性难题，实现多次平稳启动。依托这台发动机，力巡一号可以支撑高轨道卫星直接入轨、大型卫星星座快速组网等复杂任务，一枚火箭就能够完成过去多枚火箭才能实现的部署效果，大幅降低航天发射成本。

第二项关键技术为多贮箱并联均衡输送技术。力巡一号采用四组贮箱两两并联的创新构型，如何保证多个贮箱消耗推进剂的时候保持均衡，是行业一大难题。一旦推进剂消耗不平衡，航天器整体质心就会发生偏移，直接干扰姿态控制，严重的时候甚至会造成任务失败。中科宇航团队通过气液连通、流动精准匹配的方案，将推进剂消耗不平衡量控制在2.10%以内，把整机质心波动控制在极小范围，极大提升姿态控制、轨道控制的精度，这对于多星任务来说意义重大。

第三项是高可靠电气一体化设计技术。太空环境残酷无比，真空环境、上百摄氏度的剧烈温差，都会考验飞行器每一个零部件。型号采用集成化通用架构，搭配多重系统冗余设计，同时优化热控方案，提升整机对极端太空环境的适应能力，在严酷的宇宙空间依旧保障设备稳定运行。

整套动力系统试验全部顺利收官，意味着力巡一号走完地面系统验证的关键一步，距离飞向太空只剩最后一步。按照规划，这款通用模块化上面级明年一季度执行首飞任务。产品搭载20kN挤压式针栓发动机，具备20次以上重复点火能力，能够自主规划变轨路线。同时拥有极强的兼容性，可以适配多款运载火箭。

它的应用场景十分广阔。面向商业航天最火热的星座组网，它能够帮助火箭把多颗卫星分发到不一样的轨道；面向高轨通信卫星，它可以直接把卫星送入目标工作轨道，减少卫星自身推进剂消耗，直接延长卫星在轨使用寿命；除此之外，它还能够支撑深空探测任务，为探测器提供轨道转移动力。

放眼全球航天产业，高性能上面级是各大航天机构竞争的重点。过去，高性能上面级技术长期掌握在少数航天强国手中。近些年来国内商业航天快速崛起，一大批民营航天企业开始攻坚上面级技术。上面级研制门槛很高，不只是研发一台发动机，还要搞定贮箱、管路、增压、电气、热控整套复杂系统，地面试验耗资巨大，每一秒点火都代表高昂的研发投入。力巡一号通过上万秒累计地面点火，完成全工况考核，代表国内商业航天在上面级赛道实现重要技术追赶，性能对标国际主流同类产品。

商业航天的竞争，已经不再仅仅比拼火箭能不能飞出地球。“送得准、送得多、送得远”，已经成为新的行业比拼方向。有了成熟可靠的国产商业上面级，国内商业火箭就可以释放更大的价值。未来一箭多星任务可以更加灵活，不用局限于全部卫星运行在同一个轨道面；高轨、深空任务不再完全依赖传统国家队的大型火箭，商业航天可以参与更多高价值航天任务，进一步降低卫星运营商的发射成本，助推国内卫星互联网、空间科学探测产业蓬勃发展。

当然地面试验成功不等于太空飞行万无一失。地面可以模拟绝大多数太空工况，但宇宙当中依旧存在难以完全复刻的未知环境。明年一季度的首飞，将是力巡一号面临的终极大考。首飞任务将完整检验这款太空摆渡车从分离、点火、多次变轨到释放载荷的全部流程。如果首飞圆满成功，中科宇航的力巡一号，将会成为国内商业航天市场当中一款极具竞争力的通用上面级产品。

从发动机一次次点火试车，到整机系统联调，再到明年奔赴太空，力巡一号的研发之路，也是中国商业航天脚踏实地向前迈进的缩影。无数次地面的反复打磨，只为那几分钟的太空绽放。我们共同期待明年首飞时刻，国产太空摆渡车驰骋寰宇，助力更多国产卫星奔赴浩瀚宇宙。

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