出品/星动无极

10月29日,法国国家空间研究中心(CNES)宣布启动 Callisto 可重复使用火箭验证器的地面系统鉴定试验,地点是法属圭亚那库鲁的圭亚那航天中心。竖立在原 Diamant 发射工位上的,是一台全尺寸模型机,由法国 CIPAL 制造,工位正在改造以支持本项目。模型机装机6副天线,按飞行构型布置。当前进行的是为期一周的通信试验,验证发射场与飞行器之间的通信链路,重点覆盖起飞段与下降段。

一次地面试验持续一周,测的是通信链路。这件事的边界需要先说清楚:试验在静止状态下进行,模型机不飞行,不涉及发动机再启动,既不是热试车,也不是回收飞行。台上那台机器与最终的 Callisto 同样大小、同样天线布置,但它不会离开地面。

这套验证器的基本参数决定了地面阶段要做什么。全长13.5米,起飞质量3600公斤,采用液氧氢气发动机,推力可在16千牛至46千牛之间节流,最大推力与最小推力之比约2.9:1,计划飞行10次,飞行高度约20公里,采用垂直起飞垂直着陆的验证方式。合作方是法国的 CNES、德国的 DLR 和日本的 JAXA。

20公里的飞行高度把这件事的性质定了下来。它远远低于卫星所在的轨道高度,只到平流层中层,离真正入轨还差得远——Callisto 要验证的是垂直起降的技术路线,不是把载荷送进轨道,20公里是够走完一次起降全流程的高度。飞行10次的目标则把它从一次性技术演示推到了接近运营级的设计要求上:一架要重复使用10次的飞行器,起落架、发动机、天线、地面支持都得按反复使用的标准来做账。

推力能在近3倍的范围内调节,是这个设计里最吃紧的一项指标。下降段要减速、着陆,发动机得从高推力切到低推力,中间还要能承受熄火点火这类工况;节流范围不够宽,着陆就没得调。地面鉴定阶段不点火,这项能力就完全验证不了。可节流能力属于发动机自身的性能,它最终要在飞行中确认,地面阶段能替它做的,是把控制链路和发射场之间的信号往来先跑通。

六副天线是这次试验真正的被测对象。Callisto 要垂直起飞、垂直返回,飞行器在上升段、翻转、下降段的不同姿态上,天线指向和地面站的视线关系一直在变,天线数量和布局决定着哪些姿态下有链路、哪些姿态下没有。模型机按飞行构型装上6副天线,测的是发射场的地面系统跟这套天线阵能不能在起飞段和下降段都保持通信可用。对一架准备重复使用10次的飞行器来说,链路一次都不能断——它每次升空都靠同一套地面支持。

下降段是链路最难保持的时段。飞行器从20公里高度往下落,距离地面站越来越近,地面天线的仰角越来越低,信号要在很短的仰角范围内被抓住;起飞段则相反,飞行器刚从工位抬起来,姿态和速度都在剧烈变化。这两个阶段各有各的难处,把它们列为试验重点,说明被测的并非模型的外形,而是地面站在真实飞行几何条件下能不能持续握住信号。

这次一周的试验只覆盖链路,发动机、推力调节、着陆接触这些环节一概不在范围内。地面鉴定是个大口袋,这一次通信试验只是第一件事。

三个机构分工在不同的环节上。CNES 负责发射场和地面系统,这次的库鲁试验由它宣布启动,地面鉴定工作将持续到2027年,CNES 的表述是为飞行器到来铺路,但对2027年之后的时点没有给出明确说法。DLR 的航天器系统研究所与结构设计研究所工程团队10月5日在 LAMA 着陆与机动试验设施完成了起落架部署测试,此前已完成振动测试,起落架的展开动作是着陆前最后一个必须成立的机械环节。DLR 在8月3日更新的信息里称首飞预计2027年,CNES 没有明确背书这个时点。

起落架部署测试和库鲁的通信试验之间隔了不到一个月,一个在德国的试验设施上测机械动作,一个在法属圭亚那的发射场测通信链路。这种并行的节奏说明欧洲把 Callisto 的验证切成了若干可以同时推进的模块,每个机构认领一段,两边的时间表都指向2027年。地面系统、结构与着陆机构、飞行本身分给三个国家的团队,各自有各自的试验场和节奏,最后在2027年前后汇到一次飞行上。

两个机构给出的时间表目前还有一处细微的不齐。DLR 8月3日更新称首飞预计2027年,CNES 负责的地面鉴定工作也将持续到2027年,但 CNES 公开表述时只说为飞行器到来铺路,对2027年之后没有给出明确说法。一个机构在讲自己的首飞预期,另一个机构在讲自己的工作量,两边指向同一个年份,但这个年份目前只有 DLR 明确说出口。这份验证器还没有官宣的飞行日期,地面试验先行,正是这个状态下的正常推进方式。

从产业角度看,欧洲这条路线有它自己的道理。可重复使用验证器不是一次性火箭,它要飞10次,每一次都要有地面系统在位配合,地面系统的可靠性得跟飞行器一样被反复检验。库鲁的 Diamant 工位原本服务于法国的老式运载火箭,现在被改造成可重复使用飞行器的地面鉴定设施。改造发射台这件事本身就是欧洲在做的一部分工作:验证器还没飞,支撑它的场已经先改好了。地面鉴定要一直做到2027年,意味着这套地面系统要在飞行器到来之前反复被试验,而不是等飞行器来了再调试。

10月29日启动的这场一周通信试验是这个流程里的第一个节点,接下来还会有别的。库鲁场上的模型机立在那里,6副天线按飞行构型铺开,静态的、不会飞的,但它要在发射场的位置上,用真实的地面站,把起飞段和下降段的信号一段一段跑通。等到2027年真正升空的时候,地面这一半已经先飞过一遍了。