北京時間2024年1月11日13時30分,東方空間技術(shù)(山東)有限公司自主研制的引力一號(遙一)海瀾之家號運載火箭由太原衛(wèi)星發(fā)射中心在海陽附近海域發(fā)射升空,將云遙一號18-20星共3顆衛(wèi)星送入預定軌道,飛行試驗任務取得圓滿成功。
(圖片來源:云上天境)
引力一號創(chuàng)造了全球最大固體運載火箭、中國運力最大民商運載火箭、中國首型捆綁式民商火箭等多項記錄,標志著我國商業(yè)運載火箭自主創(chuàng)新取得重大進展,擴充了我國中低軌衛(wèi)星多樣化、規(guī)模化發(fā)射的能力,進一步豐富了我國運載火箭型譜。
引力一號中型運載火箭為全固體捆綁式的三級半構(gòu)型,火箭高30米,芯級直徑和助推器直徑同為2.65米,起飛重量405噸,起飛推力600噸,近地軌道運載能力6.5噸,500公里太陽同步軌道運載能力4.2噸,可滿足中低軌衛(wèi)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。
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系統(tǒng)創(chuàng)新,促進我國商業(yè)運載火箭技術(shù)上新臺階
作為國內(nèi)首個捆綁構(gòu)型的民商火箭,引力一號用小型火箭的身高實現(xiàn)了中型火箭的運載能力,同時適應了海上發(fā)射需求。回顧我國航天發(fā)展歷程,捆綁技術(shù)是火箭實現(xiàn)中大型運載能力的必備技術(shù)之一,更是總體設計能力強大的標志之一。
“引力一號作為一型中型捆綁運載火箭,在專業(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,都與小型火箭差異巨大。引力一號追求創(chuàng)新性和可靠性的統(tǒng)一,集中體現(xiàn)為系統(tǒng)創(chuàng)新、單元可靠:通過2.65米級固體發(fā)動機模塊化、組合化捆綁設計,實現(xiàn)運載能力的跨越;優(yōu)化飛行時序,解決固體助推器不同步導致的分離難題,有效保證助推分離過程及控制的可靠性;通過構(gòu)型優(yōu)化,大幅降低‘三垂發(fā)射’模式保障要求,提高地面使用過程的效率、可靠性和安全性。”東方空間聯(lián)席CEO、引力一號總設計師兼總指揮布向偉介紹。
東方空間引力一號研制團隊約100人,自2021年3月立項以來高效開展研制工作,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(jié)構(gòu)及裝置設計及制造技術(shù)、中型運載火箭多模快速響應發(fā)射技術(shù)4大關鍵技術(shù)群、17項關鍵技術(shù),開展了23項大型地面試驗、489項單項試驗、1452次試驗迭代。
此外,作為首個海上發(fā)射的捆綁構(gòu)型運載火箭,引力一號創(chuàng)新采用了適應公路運輸(傳統(tǒng)是鐵軌運輸)的靈活機動的垂直轉(zhuǎn)運模式,擴充了我國中型運載火箭海上機動發(fā)射能力,進一步豐富了我國火箭海上發(fā)射支持技術(shù)和能力。這也為后續(xù)更大體積和重量的液體運載火箭海上發(fā)射、海上回收提供了良好的借鑒和參考。
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大運力,三年打造擴充我國商業(yè)發(fā)射能力的“東方快遞”
引力一號刷新了全球最大固體運載火箭、國內(nèi)運力最大民商火箭紀錄,運載能力處于目前中低軌衛(wèi)星星座組網(wǎng)發(fā)射運力需求主流區(qū)間,不僅可以支持百公斤級衛(wèi)星的“一箭30星”,助力星座組網(wǎng)工作的高效推進,還可以發(fā)射3、4噸重量的小型貨運飛船、超大型衛(wèi)星等,為我國中型運載火箭的快速應急發(fā)射的實現(xiàn)提供了解決方案。
“目前主流衛(wèi)星星座單顆衛(wèi)星重量大都在200-300公斤,必須4噸以上運載能力的火箭才好實現(xiàn)一次布置半個或一個軌道的批量發(fā)射,實現(xiàn)高效組網(wǎng)。因此東方空間成立之初,就瞄準三年研制一款4噸左右運力的中型火箭,短期內(nèi)形成規(guī)模化發(fā)射能力。”東方空間聯(lián)席CEO姚頌介紹。
除了運載能力大,引力一號的裝載空間也大。頂部配備了直徑4.2米、高9.3米的整流罩,與我國用于空間站運輸?shù)拈L征七號載貨方案整流罩直徑相當,是目前國內(nèi)商業(yè)航天最大的一款整流罩,可以容納更多數(shù)量、更大體積的衛(wèi)星。
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一站式便捷發(fā)射,探索高頻商業(yè)發(fā)射體系
要想真正增強我國進入空間的能力,不僅需要運載能力更大的火箭,還需要增加火箭的發(fā)射頻次,實現(xiàn)總運量規(guī)模的顯著提升。
因此,東方空間除了打造中型運載火箭、擴充單發(fā)運載能力,也在謀劃適應更高頻次的發(fā)射模式。引力一號首飛即采用了較大難度的海上發(fā)射,構(gòu)建并驗證引力一號“一站式”發(fā)射服務體系,在大幅縮短發(fā)射準備周期、具備發(fā)射工位擴展?jié)摿Φ膬?yōu)勢下,未來將實現(xiàn)引力一號“一周一次”的發(fā)射支持能力。
“我們圍繞東方航天港集聚布局了引力一號基礎設施:5公里內(nèi)可以完成火箭子級總裝總測、全箭垂直總裝總測、港口登船等流程,實現(xiàn)‘前店后廠’。這種模式將以往轉(zhuǎn)運過程上千公里的距離大幅縮短,極大縮短了時間、降低了成本。總裝廠和發(fā)射場集聚布局未來將成為火箭公司的必然選擇。”東方空間首席運營官魏凱介紹。
結(jié)合“一站式”發(fā)射體系優(yōu)勢,引力一號作為全固體運載火箭,可采用“半整箭貯存”方式形成能力儲備,最快可在24小時內(nèi)實現(xiàn)快速應急發(fā)射。常規(guī)情況下,單條發(fā)射船可以保障“一周一次”引力一號發(fā)射任務,通過配置多條發(fā)射船,可實現(xiàn)更高頻次發(fā)射。
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經(jīng)濟性好,商業(yè)航天降本提效新范式
“商業(yè)航天現(xiàn)在已經(jīng)從技術(shù)驗證階段逐步轉(zhuǎn)入商業(yè)驗證階段,基本都解決了‘航天’技術(shù)難題,更關鍵要實現(xiàn)‘商業(yè)’。而降低火箭發(fā)射成本是一個系統(tǒng)工程,需要通過在研制設計、火箭生產(chǎn)制造、流線轉(zhuǎn)運、基礎設施等方面進行全方位的考慮優(yōu)化。”東方空間副總裁彭昊旻介紹。“引力一號作為6.5噸運力的中型運載火箭,實現(xiàn)了運力的規(guī)模效益,單位發(fā)射成本相比小型火箭降低50%以上。”
除了“一站式”發(fā)射體系建設大幅縮短了引力一號發(fā)射準備流程、降低過程成本之外,引力一號自設計之初便充分考慮成本因素。箭體結(jié)構(gòu)設計通過適宜快速批量化制造的設計,芯級和助推直徑均為2.65米,柱段結(jié)構(gòu)通過集中備料、模塊化設計、標準化設計、設計源頭簡化制造工藝等方式大幅提升制造效率、降低了制造成本。
在發(fā)射支持設備上體現(xiàn)更為集中,引力一號首次應用柔性充氣式防護罩,臨時為火箭在轉(zhuǎn)運過程中提供溫濕度保障,相比金屬勤務廠房式結(jié)構(gòu)節(jié)省上千萬費用;在發(fā)射準備流程中,采用機械式翻轉(zhuǎn)架,可以實現(xiàn)可靠翻轉(zhuǎn)起豎百噸火箭子級的同時,大幅降低了制造和后期維護成本;本次任務使用的“東方航天港”號多功能船,還可在無發(fā)射任務時可以執(zhí)行海上風機等大件運輸,充分發(fā)揮其商業(yè)價值。
在三年高效研制出引力一號,進一步快速擴充我國進入空間能力的同時,東方空間同步在研“引力二號”中大型可回收液體運載火箭,再用兩年時間攻克可回收技術(shù),進一步提升火箭運載能力至15-20噸,發(fā)射成本降低至SpaceX水平,助力航天產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。
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