一箭7星,我国运载火箭首次海上发射圆满成功!CZ-11固体火箭”硬核”担当大任

▲ 长征十一号火箭升空

航天四院:6月5日12时06分,黄海茫茫,由航天科技集团一院抓总研制、四院提供四级全部固体发动机的长征十一号运载火箭,如同蛟龙出海一飞冲天,气势如虹,将捕风一号A/B星等7颗卫星送入预定轨道,发射试验任务取得圆满成功。这是我国首次在海上进行航天发射,填补了我国运载火箭海上发射的空白。本次飞行试验在国内首次采用“航天+海工”技术融合,突破海上发射稳定性、安全性、可靠性等关键技术,全面验证了海上发射试验流程,为我国快速进入太空提供了新的发射方式。

本次发射最大的亮点是,我国运载火箭首次实现海上发射,这也是长征十一号火箭六战六捷后的海上“首秀”。长期以来,我国航天运载发射一直沿用陆上发射的方式,为什么要创造性采用海上发射?为什么要选择长征十一号固体运载火箭担此重任?

火箭为什么要去海上发射

近几年来,近赤道、低轨道倾角卫星的发射需求日趋旺盛,北纬5°甚至更小倾角的海上发射将满足这种需求,同时能够进一步提升运载火箭进入空间的能力,增强发射适应性,满足小卫星的多样化发射需求。

海上发射火箭的三大优势

  • 可以提高火箭的运载能力、降低发射成本。海上发射机动性很强,可以避开由于土地问题造成的发射场位置影响,地点可以尽可能靠近赤道,能最大限度利用地球自转速度,得到额外的发射速度增量,减少火箭所需燃料,进而增加火箭的运载能力,有效降低单位质量有效载荷的发射成本。
  • 有利于运载火箭执行特殊轨道发射任务。小倾角卫星可以实现对某一地区的高频次重访,利于数据获取,并且在无遮挡的海平面,非常利于快速、准确进行测控信号的传输和使用。火箭从赤道附近发射,可以避免卫星轨道倾角变化所导致的能量消耗问题,既能提高火箭的运载能力,也可以增加卫星的在轨寿命。同样的火箭从北纬28.5度卡纳维拉尔角发射,达到地球静止轨道的载荷将减少15% -20%。
  • 可以大幅提高火箭发射的安全性。在陆地发射过程中,工作人员需要对火箭助推器、一级和整流罩等分离体的实际落区进行人口疏散,确保不发生安全问题,而海上发射由于远离人口稠密地区,火箭落区可选择的范围很大,火箭残骸的落点控制及相应的安全性会得到提高。同时由于没有与其他发射系统的冲突,附近也几乎完全没有限制发射的船只或空中交通。

固体火箭为何能担起海上发射大任

海上发射对火箭的性能提出了更高要求,大海之中补给能力有限,火箭的测试发射工作越简捷越好。作为中国首型全固体运载火箭,CZ-11火箭之所以成为海上发射的首选,主要由于它采用全固体动力,具有灵活发射、快速响应等优势,可满足海上发射的要求。

在海上发射条件下,固体运载火箭在运送到发射平台之前就可以完成燃料添加和封装,不需要临时加注,较传统的液体燃料具有很大的优势,可以省下很多不必要的麻烦,满足了“海上发射前测试工作越便捷越好”的基本原则。同时固体火箭具有相对较小的起飞重量,采用不同于液体火箭的发射方式,降低了对发射平台及保障设备的要求。起飞重量120吨的CZ-11运载火箭,使用一艘平板驳船类的平台即可完成发射任务。

自2015年9月首飞至今,CZ-11固体运载火箭已经取得了七战七捷的骄人成绩,已累计将30多颗卫星送入太空。长征十一号充分发挥了固体火箭的优势,具有可整体贮存、操作简单、发射成本低、发射周期短、可靠性高等特性,运载能力和适应能力强,火箭接到任务命令后,可在24小时内完成星箭技术准备和发射任务。这也是固体运载火箭能快速走上商业航天发射的重要因素。

当然,在海上发射火箭也存在着一些不利因素,如容易受到含海盐空气的侵蚀,且海上多雨和台风,天气情况复杂。这对火箭的适应性提出了更高要求,除了发射前的各项准备和测试工作尽可能简捷以外,发射时,还要解决发射点基准、海射平台晃动等一系列陆地发射所没有的新问题。

为适应海上发射,四院长征十一号固体发动机研制团队完成了多项关键技术的突破。针对海上“纵横慢摇”的发射条件以及如何规避盐雾环境等影响,团队组织了多轮次的专题研讨攻关与评审,进行了翔实的可靠性分析,创新性采用了适应性措施,进一步优化精简了测试流程。同时严控产品风险和生产各环节,保证了产品质量。

固体动力在宇航运载领域的应用
近年来,固体运载动力在“宇航运载、载人航天、深空探测、商业航天”等多个领域实现了跨越式发展。特别是在我国长征系列火箭型谱中,多个火箭都采用了固体动力。

2018年7月2日,我国性能能先进的分段式固体发动机与伺服系统联合热试车取得圆满成功,为中国新一代中型固体捆绑运载火箭的研制提供了强劲动力,填补了我国运载火箭固体助推技术的空白,完善了航天运输系统发展型谱。2020年,采用捆绑固体助推的我国首枚新一代中型运载火箭长征六号甲将计划实现首飞。

2019年3月5日,综合性能达到世界一流水平的200T大推力先进固体发动机热试车在四院获得圆满成功,将用于中国未来新一代固体运载火箭,大大提升火箭的运载能力。

用于发射神舟飞船载人任务的长征二号F运载火箭,采用了基于固体动力的逃逸系统,助力我国无人、载人、交会对接等所有载人航天发射任务圆满成功。目前,四院已完成了新型火箭逃逸系统的多项关键技术验证工作。

在商业航天领域,除了长征十一外,由四院提供固体运载动力的“捷龙一号”也将于近期进行首飞,该火箭是适应商业航天模式的微小型运载火箭,采用了全新的“公司化、商业化、市场化”的运营方式。

商业航天发射,固体动力大有可为

近年来,商业航天市场对微小卫星的发射需求呈井喷趋势。航天科技集团公司相继研制了长征十一号、长征六号甲等新一代运载火箭,以适应小卫星发射市场需求。

为满足市场需求,航天科技集团精心打造推出了“长征快车”服务,通过星座组网、专享发射、搭载发射和集簇发射(年度定时、定时轨道发射)等形式,为国内外各类用户提供快速、稳定、可靠、低成本的一站式商业发射服务。

近期,中国航天科技集团有限公司授权中国长城工业集团有限公司对外发布了2020~2021年长征系列火箭的发射及搭载发射机会,其中,方案明确,长征十一号运载火箭、捷龙一号运载火箭均有多次发射机会。

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