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長(zhǎng)征-11固體運(yùn)載火箭首飛成功

Perfect First Flight of CZ-11 Solid Fuel Rocket

固體動(dòng)力技術(shù)獲新突破4顆小衛(wèi)星試驗(yàn)新技術(shù)

2015年9月25日，首枚長(zhǎng)征-11固體運(yùn)載火箭從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，將用于開(kāi)展航天新技術(shù)、新體制、新產(chǎn)品等空間試驗(yàn)的4顆微小衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，這標(biāo)志著我國(guó)在固體運(yùn)載火箭領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，對(duì)于完善我國(guó)運(yùn)載火箭型譜，提升進(jìn)入空間能力具有重大意義。這是我國(guó)“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭的第211次發(fā)射。

1　飛天小快靈

長(zhǎng)征-11是我國(guó)新型四級(jí)固體運(yùn)載火箭，全長(zhǎng)20.8m，箭體直徑2.0m，質(zhì)量58t，起飛推力120t。其700km高太陽(yáng)同步軌道運(yùn)載能力達(dá)350kg，低軌運(yùn)載能力可達(dá)700kg。它采用國(guó)際通用星箭接口，可滿(mǎn)足不同任務(wù)載荷、不同軌道的多樣化發(fā)射需求。

作為我國(guó)“長(zhǎng)征”系列火箭家族中第一型固體運(yùn)載火箭，也是我國(guó)新一代運(yùn)載火箭中唯一一型固體型號(hào)，長(zhǎng)征-11火箭具有快速、可靠、便捷、低廉的優(yōu)勢(shì)，主要用于滿(mǎn)足自然災(zāi)害、突發(fā)事件等應(yīng)急情況下微小衛(wèi)星發(fā)射需求。

長(zhǎng)征-11突破了大型固體發(fā)動(dòng)機(jī)、快速測(cè)試發(fā)射、衛(wèi)星環(huán)境綜合保障等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，運(yùn)載能力和適應(yīng)能力強(qiáng)，火箭起飛推力大，測(cè)試發(fā)射快速，操作使用簡(jiǎn)便，一體化、集成化、智能化程度高。長(zhǎng)征-11首次實(shí)現(xiàn)了運(yùn)載火箭的全箭整體儲(chǔ)存、星箭快速對(duì)接、環(huán)境自主保障、高效快速發(fā)射，具備全天候數(shù)小時(shí)內(nèi)完成發(fā)射的能力。其綜合性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，可與國(guó)際主流固體運(yùn)載火箭相媲美，完善了我國(guó)航天運(yùn)輸系統(tǒng)體系。

此次發(fā)射任務(wù)的成功，標(biāo)志著我國(guó)具備了微小衛(wèi)星快速組網(wǎng)能力，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)運(yùn)載火箭24h快速發(fā)射的跨越，可執(zhí)行應(yīng)急以及日常軍用、民用有效載荷的發(fā)射等任務(wù)，對(duì)提升我國(guó)快速進(jìn)入空間能力，提升我國(guó)航天綜合實(shí)力具有里程碑意義，將有力促進(jìn)我國(guó)小衛(wèi)星的規(guī)?；l(fā)展和應(yīng)用。

當(dāng)前，我國(guó)新一代運(yùn)載火箭中的其他成員也在為“首飛”做準(zhǔn)備，隨著新一代運(yùn)載火箭的陸續(xù)升空，我國(guó)航天進(jìn)入空間的能力將得到進(jìn)一步提升。

2　固體新動(dòng)力

由于多級(jí)固體運(yùn)載火箭在實(shí)現(xiàn)小衛(wèi)星快速、廉價(jià)、可靠發(fā)射方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，受小衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的牽引，發(fā)展固體運(yùn)載火箭勢(shì)在必行。長(zhǎng)征-11正是在這種背景下發(fā)展的一型空間快速響應(yīng)全固體運(yùn)載火箭，可以在接到任務(wù)命令后短時(shí)間完成星箭技術(shù)準(zhǔn)備和發(fā)射任務(wù)，可以滿(mǎn)足未來(lái)高密度發(fā)射小衛(wèi)星等有效載荷的需求，具有發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間短、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好、適應(yīng)多任務(wù)等特點(diǎn)。

隨著中國(guó)航天科技集團(tuán)公司所屬中國(guó)航天動(dòng)力技術(shù)研究院研制的固體發(fā)動(dòng)機(jī)成功應(yīng)用于該型火箭，我國(guó)固體動(dòng)力在宇航運(yùn)載領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了新的突破。該火箭第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)采用的大推力固體發(fā)動(dòng)機(jī)是目前我國(guó)最大推力固體發(fā)動(dòng)機(jī)，其燃燒室裝藥量為國(guó)內(nèi)固體發(fā)動(dòng)機(jī)之最，采用的柔性噴管是我國(guó)目前尺寸最大的發(fā)動(dòng)機(jī)噴管，刷新了我國(guó)固體發(fā)動(dòng)機(jī)研制史上多項(xiàng)紀(jì)錄。

面對(duì)殼體最長(zhǎng)，噴管最大，進(jìn)度最緊，柔性接頭超大，“三最一超”的困難和挑戰(zhàn)，以及產(chǎn)品研制加工中的技術(shù)難題，中國(guó)航天動(dòng)力技術(shù)研究院大膽創(chuàng)新，首次采用車(chē)、銑、鏜復(fù)合加工模式，使無(wú)超深地坑難題得到有效解決。第一次采用100t旋壓機(jī)進(jìn)行立式旋壓，旋出長(zhǎng)度符合殼體研制要求的圓筒，實(shí)現(xiàn)了大型超長(zhǎng)圓筒旋壓的新突破。柔性接頭采取數(shù)控加工，實(shí)現(xiàn)了超大法蘭、增強(qiáng)件的數(shù)控成型，實(shí)現(xiàn)了該領(lǐng)域加工技術(shù)的新突破。

長(zhǎng)征-11固體運(yùn)載火箭將拓展我國(guó)航天運(yùn)輸系統(tǒng)新領(lǐng)域，推動(dòng)我國(guó)空間快速響應(yīng)系統(tǒng)的建設(shè)，也必將牽引大推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，推動(dòng)固體運(yùn)載火箭和固體助推器技術(shù)的發(fā)展。

3　新型小衛(wèi)星

這次發(fā)射的衛(wèi)星為1顆中國(guó)航天科技集團(tuán)公司所屬上海航天技術(shù)研究院研制的浦江-1衛(wèi)星和3顆中國(guó)科學(xué)院上海微小衛(wèi)星工程中心研制的上科大-2立方體試驗(yàn)衛(wèi)星。

浦江-1衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)面向用戶(hù)訂制的快速便捷綜合信息服務(wù)，按“互聯(lián)網(wǎng)+”的要求，廣泛應(yīng)用于電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)、國(guó)土資源普查、應(yīng)急搜救等領(lǐng)域。該衛(wèi)星首次采用了全數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)、通用化即插即用技術(shù)、柔性化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)，能快速地和各種不同的有效載荷進(jìn)行整合，并能達(dá)到在1個(gè)月內(nèi)完成集成測(cè)試、1個(gè)星期內(nèi)完成發(fā)射準(zhǔn)備、1天內(nèi)完成在軌交付的目標(biāo)。

在設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，浦江-1采用了全數(shù)字化技術(shù)，通過(guò)輕量化模型設(shè)計(jì)出三維電纜網(wǎng)，利用衛(wèi)星總裝過(guò)程管控系統(tǒng)，依據(jù)模型編寫(xiě)工藝文件，自動(dòng)生成輔料、工裝配套、標(biāo)準(zhǔn)件、儀器儀表等數(shù)量，在總裝現(xiàn)場(chǎng)用平板電腦記錄單機(jī)狀態(tài)等，采集質(zhì)量數(shù)據(jù)，后續(xù)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)文件的電子簽署，大大縮短了研制周期。

即插即用可使衛(wèi)星在設(shè)計(jì)上擺脫平臺(tái)與載荷必須互相一一對(duì)應(yīng)的限制，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口、供電接口、控制接口和通信接口等，各個(gè)單機(jī)之間采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議來(lái)約束，只要符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，都可以實(shí)現(xiàn)即插即用。

該衛(wèi)星采用標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)桿件、接頭、承載板來(lái)組成衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，可根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)平臺(tái)艙和載荷艙的空間。因?yàn)樾l(wèi)星平臺(tái)具有十分友好的接口界面，可廣泛應(yīng)用于成像、通信、導(dǎo)航、遙感等商用領(lǐng)域。

浦江-1是首次應(yīng)用3D打印技術(shù)的國(guó)內(nèi)衛(wèi)星，其天線支架采用了鈦合金材料的3D打印成型方案，滿(mǎn)足了快速研制、降低成本的需求。原來(lái)生產(chǎn)一個(gè)支架需要4個(gè)月的生產(chǎn)周期，采用3D打印后僅需要3天的時(shí)間，即1天完成打印成型，2天開(kāi)展性能檢測(cè)檢驗(yàn)。

立足商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展的需要，浦江-1對(duì)研制模式進(jìn)行了創(chuàng)新性突破，從方案驗(yàn)證階段直接轉(zhuǎn)入正樣階段，這樣就節(jié)省了一顆完整的初樣星，大大節(jié)約了成本。

4　標(biāo)準(zhǔn)立方星

上科大-2包含上科大-2A、2B、2C共3顆立方體衛(wèi)星，質(zhì)量分別為2.9kg、2.2kg和1.7kg，上科大-2A的體積為114mm×114mm×343.3mm。

上科大-2的主要載荷包括用于極地觀測(cè)的小型光學(xué)相機(jī)、用于船舶信息采集的星載船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）接收機(jī)和用于飛機(jī)信息采集的星載廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）接收機(jī)。

3顆立方體衛(wèi)星均搭載自組網(wǎng)通信機(jī)，利用3顆衛(wèi)星建立空間最小網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)立方體衛(wèi)星級(jí)別的星間通信組網(wǎng)。上科大-2A在國(guó)際上首次搭載了微機(jī)電系統(tǒng)冷氣微推進(jìn)器，將開(kāi)展立方體衛(wèi)星編隊(duì)繞飛等新技術(shù)在軌驗(yàn)證。

上科大-2還搭載驗(yàn)證芯片級(jí)“北斗”/GPS雙模接收機(jī)、微機(jī)電系統(tǒng)磁強(qiáng)計(jì)、多軸敏感器、小型星敏感器等單機(jī)產(chǎn)品，以推動(dòng)我國(guó)微納衛(wèi)星單機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

該3顆國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)立方體衛(wèi)星全部準(zhǔn)確進(jìn)入工作軌道后，地面成功接收到衛(wèi)星下發(fā)的信號(hào)，這標(biāo)志著衛(wèi)星研制、發(fā)射取得了圓滿(mǎn)成功。上科大-2的發(fā)射成功，標(biāo)志著我國(guó)在微納衛(wèi)星研制和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合上邁出了重要一步，開(kāi)拓了我國(guó)航天產(chǎn)業(yè)的新格局。

上科大-2的3顆立方體衛(wèi)星

辛建/文