捷龍三號(hào)飛天,創(chuàng)下多個(gè)首次

樊巍 王偉童

12月9日下午，由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱“火箭院”）抓總研制的捷龍三號(hào)運(yùn)載火箭在黃海海域成功發(fā)射，將14顆衛(wèi)星準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道。值得注意的是，此次發(fā)射任務(wù)是捷龍三號(hào)運(yùn)載火箭首次飛行，也是中國(guó)首次在海上實(shí)施運(yùn)載火箭熱發(fā)射。捷龍三號(hào)首飛任務(wù)的圓滿成功，進(jìn)一步完善了我國(guó)運(yùn)載火箭型譜，還填補(bǔ)了中國(guó)海上熱發(fā)射的技術(shù)空白。

一臺(tái)筆記本電腦完成“一鍵式發(fā)射”

《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者9日從火箭院了解到，捷龍三號(hào)運(yùn)載火箭采用四級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)串聯(lián)布局，總長(zhǎng)約31米，箭體最大直徑米，最小直徑2米，總質(zhì)量約140噸?；鸺囊患?jí)發(fā)動(dòng)機(jī)由航天科技集團(tuán)四院研制，裝藥量達(dá)71噸，推力達(dá)到200噸。該型發(fā)動(dòng)機(jī)也是目前國(guó)內(nèi)裝藥量最多、推力最大的高性能纖維纏繞復(fù)合材料殼體整體式固體發(fā)動(dòng)機(jī)。

火箭院捷龍三號(hào)火箭總設(shè)計(jì)師管洪仁介紹，捷龍三號(hào)具有運(yùn)載能力強(qiáng)、整流罩包絡(luò)空間大、發(fā)射方式多樣化、丁發(fā)射效率高等特點(diǎn)，在研制過程中填補(bǔ)了中國(guó)航天多項(xiàng)空白。捷龍三號(hào)在500公里太陽(yáng)同步軌道運(yùn)載能力達(dá)8噸，具有滿足主流中小衛(wèi)星組網(wǎng)發(fā)射的能力。該型火箭擁有直徑548米和米兩種構(gòu)型整流罩，能夠與多種星箭接口適配，滿足多種衛(wèi)星安裝要求。為完成此次“一箭14星”任務(wù)，研制隊(duì)伍采用了直徑548米整流罩，相比同規(guī)模固體運(yùn)載火箭可以給衛(wèi)星更舒適的空間。

在整流罩能容納更多衛(wèi)星的同時(shí)，火箭需要面對(duì)衛(wèi)星“體重”不斷攀升帶來(lái)的新情況。通常，火箭的運(yùn)載能力是相對(duì)固定的，如果搭載的衛(wèi)星不斷增多，火箭只能自身不斷“減重”，將“運(yùn)力”節(jié)省出來(lái)“讓給”衛(wèi)星?！拜p結(jié)構(gòu)”火箭發(fā)射“重載荷”衛(wèi)星非常有挑戰(zhàn)性。火箭“頭部”變大，也帶來(lái)空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)、飛行姿態(tài)控制設(shè)計(jì)、飛行環(huán)境設(shè)計(jì)等難題。但火箭研制隊(duì)伍首次挖掘出整流罩中“倒錐段”的可用包絡(luò)空間，打造出我國(guó)目前整流罩包絡(luò)空間最大的新型商業(yè)固體運(yùn)載火箭。

此外，-捷龍三號(hào)沒有復(fù)雜的測(cè)發(fā)設(shè)備，只用一臺(tái)筆記本電腦、一個(gè)鼠標(biāo)。隨著發(fā)射口令下達(dá)，鼠標(biāo)輕輕一點(diǎn)，捷龍三號(hào)火箭便從海上沖天而起。

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，這種“一鍵式發(fā)射”的實(shí)現(xiàn)要?dú)w功于研制團(tuán)隊(duì)打造的一體化測(cè)發(fā)指揮系統(tǒng)。這種一體化設(shè)計(jì)，前端發(fā)射船部署發(fā)射控制艙，后端保障船部署一體化指揮控制艙，兩艙之間采用無(wú)線通信方式，完成對(duì)火箭的測(cè)試發(fā)射控制?；鸺兄茍F(tuán)隊(duì)用5臺(tái)筆記本電腦，就完成了火箭從測(cè)試到發(fā)射所有環(huán)節(jié)的控制，包括流程的控制、數(shù)據(jù)的顯示、判斷和監(jiān)控以及對(duì)故障的實(shí)時(shí)診斷。作為一款主要面向大型星座組網(wǎng)市場(chǎng)的火箭，捷龍三號(hào)充分發(fā)揮固體火箭生產(chǎn)制造及發(fā)射一體化優(yōu)勢(shì)，單發(fā)火箭從星箭對(duì)接到發(fā)射不超過一周，可實(shí)現(xiàn)一周一發(fā)的高頻次發(fā)射。

“海上熱發(fā)射是世界級(jí)難題”

海上發(fā)射航落區(qū)安全性好、發(fā)射軌道靈活、發(fā)射效率高的優(yōu)勢(shì)此前已通過長(zhǎng)征十一號(hào)運(yùn)載火箭的成熟應(yīng)用得到檢驗(yàn)。然而長(zhǎng)征十一號(hào)采用的是冷發(fā)射方式，捷龍三號(hào)運(yùn)載火箭的首飛成功，不僅進(jìn)一步完善我國(guó)運(yùn)載火箭型譜，還實(shí)現(xiàn)了中國(guó)運(yùn)載火箭從海上冷發(fā)射到海上熱發(fā)射的跨越，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白。

據(jù)專家介紹，冷熱發(fā)射的區(qū)別在于點(diǎn)火的一瞬間。冷發(fā)射是利用彈射器把火箭彈射到空中再點(diǎn)火，它的優(yōu)點(diǎn)是盡最大可能保護(hù)發(fā)射平臺(tái)，但發(fā)射能力有限，熱發(fā)射則是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后直接將火箭推出發(fā)射架。由于箭體規(guī)模增大，捷龍三號(hào)火箭創(chuàng)新性地采用了框式導(dǎo)向海上熱發(fā)射方案，攻克了待發(fā)穩(wěn)定性、離架安全性、燃?xì)饬髋艑?dǎo)和熱防護(hù)設(shè)計(jì)等技術(shù)難題，在確保發(fā)射安全性前提下，有效縮短發(fā)射流程、降低發(fā)射成本。

“海上熱發(fā)射是世界級(jí)難題，放眼國(guó)際航天，成功案例少之又少，”火箭院捷龍三號(hào)火箭型號(hào)地面總體副主任設(shè)計(jì)師王暉介紹稱，相較于冷發(fā)射，采用熱發(fā)射的火箭起飛速度較慢，發(fā)射可控性、安全性受到海況影響更大。實(shí)現(xiàn)火箭穩(wěn)定的垂直待發(fā)和可控的安全飛行是首要難題。據(jù)了解，由于面臨復(fù)雜海況，火箭在起豎過程中容易出現(xiàn)偏載、在垂直待發(fā)階段可能出現(xiàn)傾覆、在飛行初期會(huì)出現(xiàn)姿態(tài)不易控制等情況。為此，研制團(tuán)隊(duì)花費(fèi)半年時(shí)間參考國(guó)外海上發(fā)射技術(shù)，論證了多個(gè)總體技術(shù)方案，進(jìn)行大量仿真計(jì)算。最終完成了中國(guó)固體運(yùn)載火箭從冷發(fā)射到熱發(fā)射的跨越。

管洪仁表示，未來(lái)研制隊(duì)伍還將積極探索液體火箭海上安射能力，真正實(shí)現(xiàn)“冷熱兼?zhèn)洹薄肮桃杭嫒荨薄肮潭?機(jī)動(dòng)”“一次出海多次發(fā)射”等更加完備的海上發(fā)射能力。

此外，山東東方航天港正在建設(shè)更加專業(yè)的海上發(fā)射船,力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)一次出海多次發(fā)射。其還并行論證海上固定發(fā)射平臺(tái)，持續(xù)降低海上發(fā)射對(duì)火箭的要求，通過固定+機(jī)動(dòng)模式,大幅提高海上發(fā)射的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。

即將研制捷龍四號(hào)

作為面向未來(lái)衛(wèi)屋星座快速組網(wǎng)發(fā)射需求而打造的一款商業(yè)固體運(yùn)載火箭，捷龍三號(hào)具有經(jīng)濟(jì)性好、履約周期短、發(fā)射效率高等優(yōu)勢(shì)。據(jù)了解，捷龍三號(hào)火箭采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化設(shè)計(jì)思路，以成本為第一約束條件研制，是目前國(guó)內(nèi)綜合成本最優(yōu)的運(yùn)載火箭。

管洪仁介紹稱，未來(lái)將持續(xù)開展捷龍三號(hào)火箭的優(yōu)化升級(jí)工作，比如結(jié)構(gòu)減重以提升運(yùn)載能力、更換液體上面級(jí)以提高發(fā)射適應(yīng)性、采用新型500噸級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)研制捷龍四號(hào)火箭。

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，捷龍四號(hào)能將500公里太陽(yáng)同步軌道運(yùn)載能力提升到噸，通過固體發(fā)動(dòng)機(jī)的模塊化組合、箭上電氣系統(tǒng)和地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的統(tǒng)型等措施，可有效降低火箭研制成本，降低單發(fā)成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為中國(guó)商業(yè)衛(wèi)星市場(chǎng)提供更加優(yōu)質(zhì)、廉價(jià)的發(fā)射服務(wù)。后續(xù)，為實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)的目標(biāo)，還將開啟山東海陽(yáng)總裝測(cè)試廠房二期工程建設(shè)，計(jì)劃在2023年底達(dá)到年產(chǎn)20發(fā)火箭的生產(chǎn)能力和3發(fā)火箭的周轉(zhuǎn)貯存能力?！?/p>