首次海上发射任务取得圆满成功 “一箭七星”长十一火箭构建多方融合发射新模式

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651206分,长征十一号运载火箭(CZ-11 WEY号)成功将捕风一号A/B卫星、中电网通一号A/B卫星、吉林一号高分03A卫星、天启三号卫星和潇湘一号04星(娄星号)共计7颗卫星送入600公里高度的圆轨道。

本次飞行试验首次采用“航天+海工”技术融合,突破海上发射稳定性、安全性、可靠性等关键技术,全面验证了海上发射试验流程,初步构建多方融合的海上发射模式。

发射成功后,院党委书记李明华说,长征十一号运载火箭完成中国航天首次海上发射,意义非常重大,将开创一个新的历史,在此向所有参研参制参试队伍表示祝贺,表示感谢。今年我们还有很多重大任务,希望大家继续努力,圆满完成后续各项任务,为中国航天事业发展做出更大贡献。

 

海上发射的优点

长征十一号运载火箭是长征系列火箭家族第一型也是唯一一型固体运载火箭,由我院抓总研制,全长近21米,重58吨,起飞推力120吨,可以将500公斤的有效载荷送入500公里的太阳同步轨道。

谈到为什么要进行海上发射试验,长征十一号运载火箭副总指挥金鑫说,随着社会经济的快速、高质量发展,人们对航天发射活动的需求量日益增加,陆地人口密度更加稠密,航天火箭发射航落区安全性问题日益突出。运载火箭海上发射与传统的陆上发射相比,不仅可有效解决火箭航区和残骸落区安全性问题,大幅降低陆地发射人员疏散成本,还可以通过海上航行灵活选择发射点和航落区。一般情况下,海上发射平台可以在海上大范围移动,理想的发射地点是靠近赤道附近的低纬度区域。如果运载火箭在赤道附近发射,能够最大限度地利用地球自转速度,节省推进剂消耗量,从而提高火箭的运载能力。这意味着,同等起飞规模的运载火箭在赤道附近发射,可以具有更高的运载能力,运载效率提升的同时也可以降低单位质量有效载荷发射成本。

对内陆发射而言,落区安全是发射任务设计中必须考虑的重要因素。落区选择不仅影响制约发射轨道设计,还可能由于落区选择问题而降低火箭运载能力;而且在实际发射中,还需要对火箭助推器、一级和整流罩等分离体的实际落区进行人口疏散,确保不发生安全问题。对海上发射而言,由于远离人口稠密地区,火箭落区可选择范围很大,对火箭而言发射轨道设计更加方便,同时落区安全性也可以大幅提升。 

其次,海上发射流程也进行了进一步精简,到达港口后仅需2-3日的测试准备即可登船出海,驳船一旦到达指定海域,就可以随时准备发射,这样的速度可谓名副其实的“快响利箭”。

再者,随着信息技术发展,人们对海上探测提出了更高的要求,小倾角卫星可以实现对某一地区的高频次重访,有利于数据获取,目前数量越来越多。据统计,未来10年国内商业小卫星发射需求约1700颗,国外商业小卫星发射需求约6200颗,不同倾角卫星并存。如果火箭从赤道附近发射,可以避免卫星轨道倾角变化消耗能量,既能提高火箭执行该类任务的运载能力,也可以有效地提高卫星在轨寿命。所以,海上发射不仅可有效破解我国陆地发射场难以满足0至19度倾角卫星发射需求的问题,而且可在我国东部、南部海域选择发射点,满足各种倾角卫星的发射需求,更可服务于“一带一路”国家,有效助推中国航天走出国门。

同时,海上发射可充分利用我国丰富的民用船舶资源、港口资源、测控资源、社会资源深度参与,实现航天技术与海洋工程的有效融合,不仅可形成更加经济、更加高效的新型发射样式,而且可带动社会经济的高质量发展。应该说海上发射是一种安全、灵活、经济、高效的发射模式,可填补我国海上发射空白,进一步丰富我国航天运输体系。

 

海上发射的亮点

本次任务填补了我国海上发射空白,为我国快速进入空间提供了更加安全、灵活、经济、高效的新型发射模式。长征十一号运载火箭副总设计师管洪仁介绍,本次任务亮点可以说有“四新”,即新技术、新环境、新流程、新模式。

长征十一号运载火箭突破了前后端无线远控技术,箭上自主智能安控技术,海上动基座瞄准技术,动态条件下全方位发射技术、箭/架/船耦合动态分析技术、陆海通用星箭对接洁净环境保障技术等6项关键技术。陆基发射台发射时不会移动,而海上发射平台会起伏波动,因此需要采用特殊的瞄准技术和动态条件下的发射技术,来应对海水波动。其次,对火箭的控制和监测信号在陆基发射中通过有线通信系统传输,而在海射任务中,只能通过无线传输形式来实现,这是国内首个采用无线测发控技术实施发射的型号。再次,以往火箭的飞行安全控制需要地面人员监测和控制,而本次任务是由火箭自身根据飞行情况,实时自主判断和实施的,这也是我国火箭的首次自主安控。

发射时卫星通信、宽带通信等通信手段同时使用,试验人员克服了通信点位多、距离远,电磁环境复杂等困难;具备了海上动态条件下五级海况运输、四级海况发射的能力。此外,海上发射试验还必须适应盐雾、高湿、电磁条件复杂的海洋环境。

以往长十一火箭要分几个部分运往陆基发射场,并在陆基发射场完成组装、测试,而港口码头没有专用火箭测试厂房,因此全箭对接、卫星对接以及测试工作只能前移至总装厂完成,在北京总装厂房完成火箭测试、装填、星箭对接等工作。转运至海港后,可快速完成测试工作,火箭离港后,一周之内均可完成发射,这个全新的流程,进一步提高了火箭的快速响应能力。

此次海上试验是长征系列运载火箭首次以箭星组合体形式整体出厂,并采用“铁路+公路+海运”的全新运输模式。这种运输模式让火箭到达港口后不需要很长时间的测试准备即可登船,后续还能实现火箭到港后直接登船。航行到指定海域后可随时进行发射,效率大幅提升。

 

海上发射的商业优势

作为我国商业航天领域的探索者和领跑者,长征十一号运载火箭研制团队率先开通了“太空班车”、“太空专车”和“太空顺风车”等多样化卫星发射服务,深受客户欢迎。

长征十一号运载火箭总指挥李同玉说,针对商业航天市场资源和多元需求,我们不断探索新的合作模式。本次任务就是首次尝试了赞助商冠名的方式,将长征十一号运载火箭命名为“CZ-11 WEY号”,以更加开放的心态,更为灵活的融合模式,打造多元化商业航天投入体系,以市场规则配置技术、资金、人才等要素,创造了商业航天更大的市场机遇和经济价值,可以说是引领了我国运载火箭商业化发展。

同时,本次海上试验也是航天企业与海工企业首次强强联合,牵引带动了航天、海工领域实现技术创新,建立开放、共享的海上发射体系,构建了多方融合海上发射模式,为可重复使用运载火箭海上回收平台等技术发展奠定基础,是建设航天强国与海洋强国的有效融合。

李同玉介绍,后续还将继续开展多次海上发射试验,充分验证各种轨道发射的适应性,进一步优化发射流程,有效形成能力,并在此基础上进一步建设专业化的海上发射母港,满足星箭对接、测试和技术准备;建设海上发射专用平台,实现固液兼容的全球海域发射能力,满足低纬度地区卫星组网发射需求,为“一带一路”沿线国家提供更为便利的航天发射服务。

李同玉说,许多参与“一带一路”倡议的国家都位于赤道附近。未来我们可以把火箭和发射平台驶到他们的港口, 把他们的卫星安装在火箭上,发射到太空,为他们提供便捷的卫星发射服务。”

(王涑 陈洁 扈佳林)