北京时间2024年1月11日13时30分,东方空间技术(山东)有限公司自主研制的引力一号(遥一)海澜之家号运载火箭由太原卫星发射中心在海阳附近海域发射升空,将云遥一号18-20星共3颗卫星送入预定轨道,飞行试验任务取得圆满成功。
(图片来源:云上天境)
引力一号创造了全球最大固体运载火箭、中国运力最大民商运载火箭、中国首型捆绑式民商火箭等多项记录,标志着我国商业运载火箭自主创新取得重大进展,扩充了我国中低轨卫星多样化、规模化发射的能力,进一步丰富了我国运载火箭型谱。
引力一号中型运载火箭为全固体捆绑式的三级半构型,火箭高30米,芯级直径和助推器直径同为2.65米,起飞重量405吨,起飞推力600吨,近地轨道运载能力6.5吨,500公里太阳同步轨道运载能力4.2吨,可满足中低轨卫星批量组网发射和中大型航天载荷快速响应发射需求。
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系统创新,促进我国商业运载火箭技术上新台阶
作为国内首个捆绑构型的民商火箭,引力一号用小型火箭的身高实现了中型火箭的运载能力,同时适应了海上发射需求。回顾我国航天发展历程,捆绑技术是火箭实现中大型运载能力的必备技术之一,更是总体设计能力强大的标志之一。
“引力一号作为一型中型捆绑运载火箭,在专业耦合程度、大型壳段生产,乃至日常使用流程及保障方面,都与小型火箭差异巨大。引力一号追求创新性和可靠性的统一,集中体现为系统创新、单元可靠:通过2.65米级固体发动机模块化、组合化捆绑设计,实现运载能力的跨越;优化飞行时序,解决固体助推器不同步导致的分离难题,有效保证助推分离过程及控制的可靠性;通过构型优化,大幅降低‘三垂发射’模式保障要求,提高地面使用过程的效率、可靠性和安全性。”东方空间联席CEO、引力一号总设计师兼总指挥布向伟介绍。
东方空间引力一号研制团队约100人,自2021年3月立项以来高效开展研制工作,攻克了海陆通用中型运载火箭总体设计及试验技术、捆绑固体运载火箭多学科耦合优化设计技术、批量化-低成本-大承载中大型火箭结构及装置设计及制造技术、中型运载火箭多模快速响应发射技术4大关键技术群、17项关键技术,开展了23项大型地面试验、489项单项试验、1452次试验迭代。
此外,作为首个海上发射的捆绑构型运载火箭,引力一号创新采用了适应公路运输(传统是铁轨运输)的灵活机动的垂直转运模式,扩充了我国中型运载火箭海上机动发射能力,进一步丰富了我国火箭海上发射支持技术和能力。这也为后续更大体积和重量的液体运载火箭海上发射、海上回收提供了良好的借鉴和参考。
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大运力,三年打造扩充我国商业发射能力的“东方快递”
引力一号刷新了全球最大固体运载火箭、国内运力最大民商火箭纪录,运载能力处于目前中低轨卫星星座组网发射运力需求主流区间,不仅可以支持百公斤级卫星的“一箭30星”,助力星座组网工作的高效推进,还可以发射3、4吨重量的小型货运飞船、超大型卫星等,为我国中型运载火箭的快速应急发射的实现提供了解决方案。
“目前主流卫星星座单颗卫星重量大都在200-300公斤,必须4吨以上运载能力的火箭才好实现一次布置半个或一个轨道的批量发射,实现高效组网。因此东方空间成立之初,就瞄准三年研制一款4吨左右运力的中型火箭,短期内形成规模化发射能力。”东方空间联席CEO姚颂介绍。
除了运载能力大,引力一号的装载空间也大。顶部配备了直径4.2米、高9.3米的整流罩,与我国用于空间站运输的长征七号载货方案整流罩直径相当,是目前国内商业航天最大的一款整流罩,可以容纳更多数量、更大体积的卫星。
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一站式便捷发射,探索高频商业发射体系
要想真正增强我国进入空间的能力,不仅需要运载能力更大的火箭,还需要增加火箭的发射频次,实现总运量规模的显著提升。
因此,东方空间除了打造中型运载火箭、扩充单发运载能力,也在谋划适应更高频次的发射模式。引力一号首飞即采用了较大难度的海上发射,构建并验证引力一号“一站式”发射服务体系,在大幅缩短发射准备周期、具备发射工位扩展潜力的优势下,未来将实现引力一号“一周一次”的发射支持能力。
“我们围绕东方航天港集聚布局了引力一号基础设施:5公里内可以完成火箭子级总装总测、全箭垂直总装总测、港口登船等流程,实现‘前店后厂’。这种模式将以往转运过程上千公里的距离大幅缩短,极大缩短了时间、降低了成本。总装厂和发射场集聚布局未来将成为火箭公司的必然选择。”东方空间首席运营官魏凯介绍。
结合“一站式”发射体系优势,引力一号作为全固体运载火箭,可采用“半整箭贮存”方式形成能力储备,最快可在24小时内实现快速应急发射。常规情况下,单条发射船可以保障“一周一次”引力一号发射任务,通过配置多条发射船,可实现更高频次发射。
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经济性好,商业航天降本提效新范式
“商业航天现在已经从技术验证阶段逐步转入商业验证阶段,基本都解决了‘航天’技术难题,更关键要实现‘商业’。而降低火箭发射成本是一个系统工程,需要通过在研制设计、火箭生产制造、流线转运、基础设施等方面进行全方位的考虑优化。”东方空间副总裁彭昊旻介绍。“引力一号作为6.5吨运力的中型运载火箭,实现了运力的规模效益,单位发射成本相比小型火箭降低50%以上。”
除了“一站式”发射体系建设大幅缩短了引力一号发射准备流程、降低过程成本之外,引力一号自设计之初便充分考虑成本因素。箭体结构设计通过适宜快速批量化制造的设计,芯级和助推直径均为2.65米,柱段结构通过集中备料、模块化设计、标准化设计、设计源头简化制造工艺等方式大幅提升制造效率、降低了制造成本。
在发射支持设备上体现更为集中,引力一号首次应用柔性充气式防护罩,临时为火箭在转运过程中提供温湿度保障,相比金属勤务厂房式结构节省上千万费用;在发射准备流程中,采用机械式翻转架,可以实现可靠翻转起竖百吨火箭子级的同时,大幅降低了制造和后期维护成本;本次任务使用的“东方航天港”号多功能船,还可在无发射任务时可以执行海上风机等大件运输,充分发挥其商业价值。
在三年高效研制出引力一号,进一步快速扩充我国进入空间能力的同时,东方空间同步在研“引力二号”中大型可回收液体运载火箭,再用两年时间攻克可回收技术,进一步提升火箭运载能力至15-20吨,发射成本降低至SpaceX水平,助力航天产业蓬勃发展。