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全球最大固體運載火箭引力一號海上首飛成功

【字體: 2024年01月17日 15:24 來(lái)源:中國航天報

1月11日13時(shí)30分,在山東海陽(yáng)附近海域的東方航天港號發(fā)射與回收多功能船上,東方空間技術(shù)(山東)有限公司自主研制的引力一號遙一商業(yè)運載火箭由太原衛星發(fā)射中心發(fā)射升空,隨后將云遙一號18~20星共3顆衛星順利送入預定軌道,發(fā)射任務(wù)取得圓滿(mǎn)成功。

引力一號火箭是三級半構型全固體捆綁運載火箭,是迄今全球最大固體運載火箭、中國運力最大的民營(yíng)商業(yè)火箭,也是中國首型捆綁式民商火箭。其起飛重量405噸,起飛推力600噸,近地軌道運載能力6.5噸,500公里太陽(yáng)同步軌道運載能力4.2噸。它可支持百公斤級衛星“一箭30星”發(fā)射,滿(mǎn)足中低軌衛星批量組網(wǎng)發(fā)射和中大型航天載荷快速響應發(fā)射需求,設計具備24小時(shí)快速應急發(fā)射能力。

引力一號首飛成功,標志著(zhù)我國商業(yè)運載火箭自主創(chuàng )新取得重大進(jìn)展,有力提升了我國中低軌衛星多樣化、規;l(fā)射能力,進(jìn)一步豐富了我國運載火箭型譜。

此次引力一號發(fā)射使用的整流罩是迄今國內民商火箭最大整流罩,直徑達4.2米,高9米多,與我國用于空間站運輸的長(cháng)征七號火箭載貨方案整流罩直徑相當,可以容納更多、更大體積的衛星。

三年奮戰 攻關(guān)破難題

引力一號火箭高度約30米,芯級和助推器直徑同為2.65米。作為國內首個(gè)捆綁構型的民商火箭,引力一號用小型火箭的身高實(shí)現了中型火箭的運載能力,同時(shí)適應了海上發(fā)射需求;鸺涮椎4型7枚固體大推力發(fā)動(dòng)機均由航天科技集團四院研制,其中助推級、芯一級、芯二級為直徑2.6米發(fā)動(dòng)機,芯三級為該火箭高精度上面級固體發(fā)動(dòng)機。

引力一號火箭采用捆綁構型,方案設計復雜度、專(zhuān)業(yè)耦合度、系統協(xié)同能力要求更高:一方面,由于助推器分離高度低,火箭飛行中會(huì )受到更嚴酷的氣動(dòng)影響,必須做好氣動(dòng)、載荷、控制、分離等專(zhuān)業(yè)深度耦合設計;另一方面,固體發(fā)動(dòng)機只能在耗盡燃料后關(guān)機,且不同發(fā)動(dòng)機工作不同步,在幾百毫秒的分離過(guò)程中,控制力和全箭參數會(huì )產(chǎn)生劇烈變化,給穩定控制及可靠分離帶來(lái)了巨大挑戰。

中型捆綁火箭在專(zhuān)業(yè)耦合程度、大型殼段生產(chǎn)乃至日常使用流程及保障方面,都與小型火箭迥然不同!耙σ惶柣鸺⒅叵到y創(chuàng )新、單元可靠:通過(guò)2.65米級固體發(fā)動(dòng)機模塊化、組合化捆綁設計,實(shí)現了運載能力的跨越;通過(guò)飛行時(shí)序優(yōu)化,解決了固體助推器不同步導致的分離難題,有效保證助推器分離過(guò)程及控制的可靠性;通過(guò)構型優(yōu)化,大幅降低‘三垂發(fā)射’模式保障要求,提高了地面使用過(guò)程的可靠性和安全性!睎|方空間聯(lián)席CEO、引力一號總設計師兼總指揮布向偉說(shuō)。

東方空間聯(lián)席CEO姚頌介紹,引力一號研制團隊約100人,骨干成員履歷和工程技術(shù)經(jīng)驗豐富。自2021年3月立項以來(lái),團隊發(fā)揚航天人特別能吃苦、特別能戰斗的作風(fēng),高效開(kāi)展研制工作,3年左右的時(shí)間里攻克了海陸通用中型運載火箭總體設計及試驗技術(shù)、捆綁固體運載火箭多學(xué)科耦合優(yōu)化設計技術(shù)、批量化—低成本—大承載中大型火箭結構及裝置設計及制造技術(shù)、中型運載火箭多?焖夙憫l(fā)射技術(shù)四大關(guān)鍵技術(shù)群、17項關(guān)鍵技術(shù),開(kāi)展了23項大型地面試驗、489項單項試驗、1452次試驗迭代。

姚頌舉例說(shuō),火箭助推器和芯級的連接處面積只有一面A4紙大小,卻要承受約200噸的推力,它不僅要堅固,還要簡(jiǎn)單,該分離時(shí)動(dòng)作干凈利落,這其中充分體現了技術(shù)含金量。

布局海陽(yáng) “出廠(chǎng)即進(jìn)場(chǎng)”

“三垂”的測發(fā)模式,此前長(cháng)征二號F和長(cháng)征五號火箭等采用過(guò),其優(yōu)勢就是讓火箭和載荷在最短的時(shí)間內完成總裝、測試、轉運和發(fā)射等工作,提高發(fā)射效率和成功率,降低成本和風(fēng)險。

作為首型海上發(fā)射的捆綁構型火箭,引力一號火箭創(chuàng )新采用了適應公路運輸的靈活機動(dòng)的垂直轉運模式,攻克了適應海上晃動(dòng)環(huán)境的垂直轉載和垂直測試等技術(shù)難題,在我國首次實(shí)現海上發(fā)射“三垂”測發(fā)模式。

東方空間首席運營(yíng)官魏凱介紹,早在成立之初,公司便瞄準建設規;、便捷化、低成本的發(fā)射服務(wù)模式,助力我國快速進(jìn)入空間的能力提升。海上發(fā)射具備任務(wù)適應性比較強、發(fā)射安全性高、發(fā)射頻次提升潛力大的特點(diǎn),長(cháng)征十一號、捷龍三號、谷神星一號等火箭均實(shí)現海上發(fā)射。

引力一號火箭攻克了海陸通用中型火箭構型優(yōu)化、中型捆綁火箭動(dòng)基座垂直發(fā)射載荷精細化辨識、海上熱發(fā)射動(dòng)基座瞄準等技術(shù)難關(guān),在40千瓦大功率機電伺服、大擴張比大推力固體發(fā)動(dòng)機、大推力多噴管復雜底部力熱環(huán)境預示及熱防護等技術(shù)領(lǐng)域率先實(shí)現國內突破。結合一站式發(fā)射體系優(yōu)勢,引力一號火箭可以采用“半整箭貯存”方式,形成能力儲備,最快可在24小時(shí)內實(shí)現應急發(fā)射。

魏凱說(shuō),此次引力一號成功首飛,使我國海上發(fā)射能力進(jìn)一步提高,也填補了捆綁型固體運載火箭海上發(fā)射的技術(shù)空白。東方空間全力推動(dòng)海上發(fā)射基礎設施建設,位于山東海陽(yáng)的測試中心未來(lái)達產(chǎn)后將實(shí)現年產(chǎn)20發(fā)運載火箭的能力,形成“一站式”海上發(fā)射服務(wù)體系,真正實(shí)現“出廠(chǎng)即進(jìn)場(chǎng)”。5公里內能夠實(shí)現火箭全箭總裝、測試及發(fā)射全流程,顯著(zhù)降低物流成本和時(shí)間,在未來(lái)可支持一條船一周完成一次引力一號發(fā)射任務(wù)。

降本增效 嘗試新技術(shù)

“商業(yè)航天現在已經(jīng)從技術(shù)驗證階段逐步轉入商業(yè)驗證階段,基本上解決了‘航天’技術(shù)難題,更關(guān)鍵的是要實(shí)現‘商業(yè)’。而降低火箭發(fā)射成本是一個(gè)系統工程,需要通過(guò)在火箭研制設計、生產(chǎn)制造、流線(xiàn)轉運、基礎設施等諸多方面進(jìn)行全方位優(yōu)化!睎|方空間副總裁彭昊旻表示。

引力一號火箭除了通過(guò)“一站式”發(fā)射體系建設來(lái)大幅縮短發(fā)射準備流程、降低綜合成本外,自設計之初便充分考慮成本因素。比如,箭體結構采用了有利于快速批量化制造的設計,芯級和助推器直徑相同,柱段結構包括8個(gè)部段,占火箭總數量的一半……總之,通過(guò)集中備料、模塊化標準化設計、從設計源頭上簡(jiǎn)化制造工藝等方式,大幅提升了火箭制造效率,降低了制造成本。

在發(fā)射支持設備上,東方空間同樣集中貫徹了降本增效的理念——

在發(fā)射準備流程中,通過(guò)采用機械式翻轉架,引力一號火箭的百?lài)嵓壸蛹墝?shí)現了可靠地翻轉起豎,大幅降低了制造和后期維護成本。

轉運和實(shí)施發(fā)射前時(shí),火箭被巨型“白色羽絨服”罩住,引力一號也因此被網(wǎng)友稱(chēng)為“大白”。布向偉說(shuō),這種柔性充氣式防護罩在運載火箭研制發(fā)射中的應用,是東方空間的首次嘗試。

他透露,防護罩看著(zhù)很輕,實(shí)際總重有3噸左右。它就像日?吹降某錃獬潜ひ粯,將內部溫度控制到15攝氏度左右,同時(shí)也可以有效隔絕外部雨雪影響。用的時(shí)候充入壓縮空氣,它的墻可達到1米厚,“通過(guò)這么一個(gè)充氣防護罩,我們可以實(shí)現低成本、簡(jiǎn)潔的運載火箭環(huán)境保障系統!狈艢夂,防護罩可折疊存放,占地非常小。

值得一提的是,本次任務(wù)中,東方航天港號海上發(fā)射與回收多功能船表現出色。作為我國首艘船身自帶導流槽設施的發(fā)射船,未來(lái)它會(huì )進(jìn)一步支持中大型火箭海上發(fā)射任務(wù),在無(wú)發(fā)射任務(wù)時(shí)還可以執行海上風(fēng)機等大件運輸任務(wù),充分發(fā)揮商業(yè)價(jià)值。

“從東方走向空間,為東方建設空間”是東方空間夢(mèng)寐以求追尋的理想,公司致力于成為全球最受尊敬的商業(yè)航天服務(wù)商、讓每個(gè)人都能實(shí)現航天夢(mèng)想。

當前,東方空間正在研制引力二號中大型可回收復用液體火箭,爭取再用2年左右攻克可回收復用技術(shù),進(jìn)一步提升火箭運載能力至15~20噸,努力降低發(fā)射成本,助力航天產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。

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