2022年12月9日14時35分,捷龍三號運載火箭首飛任務取得圓滿成功,將吉林一號高分03D47-50星、東坡08-10星等14顆衛星準確送入預定軌道,這是我國運載火箭首次進行海上熱發射。
運載火箭首次海上熱發射
捷龍三號的外觀像是個“大頭娃娃”,總長約31米,箭體最大直徑2.65米,最小直徑僅2米,整流罩直徑達3.35米。這樣的“大頭罩”構型,能給衛星留出更大、更舒適的空間。
(資料圖)
其具有運載能力強、整流罩包絡空間大、發射方式多樣化、經濟性好、發射效率高、履約周期短等特點,500公里太陽同步軌道運載能力達1.5噸,是面向未來衛星星座快速組網發射需求而打造的一款商業固體運載火箭。
該箭可以實現“水陸兩棲”,既能在海上執行發射任務,也能在傳統的陸上發射場執行發射任務。本次任務是我國運載火箭首次進行海上熱發射,此前,長征十一號運載火箭海上發射采用冷發射方式。考慮到箭體規模增大,捷龍三號創新性地采用了框式導向海上熱發射方案,攻克了待發穩定性、離架安全性、燃氣流排導和熱防護設計等技術難題,在確保發射安全性前提下,有效縮短發射流程、降低發射成本。通過建立一體化測發指揮系統,只需一臺筆記本電腦,鼠標輕輕一點,即可“一鍵式發射”,系統集成度高、智能化程度高。
“我們實現了海上冷發射到熱發射的跨越!”火箭院捷龍三號火箭型號副總師歐陽松激動地說。海上熱發射技術是世界級難題,放眼國際航天,成功案例少之又少,國內也沒有相關經驗可參考借鑒。“但我們實現了跨越,一步步建立我們獨有的熱發射技術體系。”
火箭院表示,海上發射的航落區安全性好、發射軌道靈活、發射效率高。目前,山東東方航天港正在建設更加專業的海上發射船,力爭實現一次出海、多次發射;并行論證海上固定發射平臺,持續降低海上發射對火箭的要求,通過“固定+機動”模式,大幅提高海上發射的經濟性和靈活性;積極探索液體火箭海上發射能力,讓我國海上發射能力更加完備。
技術創新填補多項空白
捷龍三號立項于2020年3月,在20個月的研制周期中,團隊與時間賽跑,創造了火箭研制用時最短紀錄。
為盡可能擴展整流罩包絡空間,研制團隊對整流罩的分離方案、能源配置、具體結構都進行了重新設計。“頭大脖子細”的外形,給結構載荷設計、飛行姿態控制和復雜的噪聲振動環境設計等方面帶來了難題。為了適應從三級箭體2.0米直徑向3.35米直徑的過渡變化,團隊重新設計了整流罩的倒錐段,首次挖掘出倒錐段的可用包絡空間,打造出我國目前整流罩包絡空間最大的新型商業固體運載火箭。
與海上冷發射相比,熱發射的火箭起飛速度較慢,發射可控性、安全性受到海況影響更大,實現火箭穩定的垂直待發和可控的安全飛行是首要難題。不僅如此,作為目前我國起飛規模最大的固體運載火箭,捷龍三號起飛重量超過140噸,在復雜海況下,遠程無線一鍵式大噸位固體火箭的整體起豎及下放,成為團隊面臨的又一大難題。
一支平均年齡僅33歲的青年突擊隊組建起來。他們大膽、創新地采用多物理場耦合仿真技術、縮比試驗技術等方法,突破了多項關鍵技術,實現火箭在發射平臺內的可控飛行。
該箭還采用了航天科技集團四院研制的裝藥量最多、推力最大的高性能纖維纏繞復合材料殼體式固體發動機,其裝藥量71噸,推力達200噸。
此外,該箭的伺服系統也是國內航天領域動力電壓最高、功率級別最大的機電伺服系統。項目團隊先后攻克了高剛度作動器設計技術、大噴管負載穩定控制算法設計技術、低氣壓環境適應技術等多項關鍵技術,保障了捷龍三號的高性價比和快速響應。
可實現“一周一發”高頻發射
捷龍三號由中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研制,中國長征火箭有限公司投資,太原衛星發射中心組織實施。火箭院介紹,本次首飛成功,使得該院固體運載火箭實現了系列化,500公里太陽同步軌道運載能力覆蓋200千克至1.5噸、整流罩直徑覆蓋1.2米至3.35米,運載能力梯度合理;發射方式有海上發射、陸地車載發射等,可為衛星客戶提供更加靈活、經濟實惠的發射服務。
位于山東海陽的中國火箭公司固體運載火箭總裝測試基地,目前已能滿足年產10發火箭生產能力。2023年,該基地二期工程將完成建設,屆時將滿足年產20發火箭生產能力和3發火箭的周轉貯存能力。捷龍三號采取批量生產貯存模式,從基地通過公路運輸轉運至海陽港,再滾裝上發射船,運輸距離不超過6千米,運輸用時不超過2小時;發射船載箭運輸至目標海域后,發射流程不超過48小時;全流程用時一般不超過一周,可實現一周一發的高頻次發射能力。
該箭首飛成功,進一步完善了我國運載火箭型譜,實現了海上冷發射到海上熱發射的跨越,并將逐步實現由一次出海一次發射到一次出海多次發射的能力提升。
未來,捷龍三號將持續優化升級,捷龍四號固體運載火箭也已走入規劃,其500公里太陽同步軌道運載能力將達2.5噸,通過固體發動機的模塊化組合、箭上電氣系統和地面測發控系統的統型等措施,可以有效降低研制成本,有利于批量化的生產組織,降低單發成本。
(原標題:我國運載火箭首次海上熱發射!可“一周一發”高頻發射)
來源:北京日報客戶端?記者?劉蘇雅
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