北京時間2024年1月11日13時30分,東方空間技術(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星發射中心在海陽附近海域發射升空,將云遙一號18-20星共3顆衛星送入預定軌道,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,標志著我國商業運載火箭自主創新取得重大進展,擴充了我國中低軌衛星多樣化、規模化發射的能力,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,可滿足中低軌衛星批量組網發射和中大型航天載荷快速響應發射需求。
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系統創新,促進我國商業運載火箭技術上新臺階
作為國內首個捆綁構型的民商火箭,引力一號用小型火箭的身高實現了中型火箭的運載能力,同時適應了海上發射需求。回顧我國航天發展歷程,捆綁技術是火箭實現中大型運載能力的必備技術之一,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,在專業耦合程度、大型殼段生產,乃至日常使用流程及保障方面,都與小型火箭差異巨大。引力一號追求創新性和可靠性的統一,集中體現為系統創新、單元可靠:通過2.65米級固體發動機模塊化、組合化捆綁設計,實現運載能力的跨越;優化飛行時序,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;通過構型優化,大幅降低‘三垂發射’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、捆綁固體運載火箭多學科耦合優化設計技術、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、中型運載火箭多模快速響應發射技術4大關鍵技術群、17項關鍵技術,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,作為首個海上發射的捆綁構型運載火箭,引力一號創新采用了適應公路運輸(傳統是鐵軌運輸)的靈活機動的垂直轉運模式,擴充了我國中型運載火箭海上機動發射能力,進一步豐富了我國火箭海上發射支持技術和能力。這也為后續更大體積和重量的液體運載火箭海上發射、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發射能力的“東方快遞”
引力一號刷新了全球最大固體運載火箭、國內運力最大民商火箭紀錄,運載能力處于目前中低軌衛星星座組網發射運力需求主流區間,不僅可以支持百公斤級衛星的“一箭30星”,助力星座組網工作的高效推進,還可以發射3、4噸重量的小型貨運飛船、超大型衛星等,為我國中型運載火箭的快速應急發射的實現提供了解決方案。
“目前主流衛星星座單顆衛星重量大都在200-300公斤,必須4噸以上運載能力的火箭才好實現一次布置半個或一個軌道的批量發射,實現高效組網。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,短期內形成規模化發射能力。”東方空間聯席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的長征七號載貨方案整流罩直徑相當,是目前國內商業航天最大的一款整流罩,可以容納更多數量、更大體積的衛星。
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一站式便捷發射,探索高頻商業發射體系
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射頻次,實現總運量規模的顯著提升。
因此,東方空間除了打造中型運載火箭、擴充單發運載能力,也在謀劃適應更高頻次的發射模式。引力一號首飛即采用了較大難度的海上發射,構建并驗證引力一號“一站式”發射服務體系,在大幅縮短發射準備周期、具備發射工位擴展潛力的優勢下,未來將實現引力一號“一周一次”的發射支持能力。
“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‘前店后廠’。這種模式將以往轉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。
結合“一站式”發射體系優勢,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小時內實現快速應急發射。常規情況下,單條發射船可以保障“一周一次”引力一號發射任務,通過配置多條發射船,可實現更高頻次發射。
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經濟性好,商業航天降本提效新范式
“商業航天現在已經從技術驗證階段逐步轉入商業驗證階段,基本都解決了‘航天’技術難題,更關鍵要實現‘商業’。而降低火箭發射成本是一個系統工程,需要通過在研制設計、火箭生產制造、流線轉運、基礎設施等方面進行全方位的考慮優化。”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,實現了運力的規模效益,單位發射成本相比小型火箭降低50%以上。”
除了“一站式”發射體系建設大幅縮短了引力一號發射準備流程、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。箭體結構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,柱段結構通過集中備料、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。
在發射支持設備上體現更為集中,引力一號首次應用柔性充氣式防護罩,臨時為火箭在轉運過程中提供溫濕度保障,相比金屬勤務廠房式結構節省上千萬費用;在發射準備流程中,采用機械式翻轉架,可以實現可靠翻轉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,還可在無發射任務時可以執行海上風機等大件運輸,充分發揮其商業價值。
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,進一步提升火箭運載能力至15-20噸,發射成本降低至SpaceX水平,助力航天產業蓬勃發展。
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