高峰 譚杰 尚輝 任新宇 龔旻 張東（中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院）

作為中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院（簡稱“火箭院”）首個(gè)純商業(yè)模式研制的運(yùn)載火箭，捷龍一號于2019年8月17日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心首飛，以“一箭三星”的方式將千乘一號01星、星時(shí)代- 5和天啟二號送入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。這是捷龍一號的首次發(fā)射，標(biāo)志著中國“龍”系列商業(yè)運(yùn)載火箭從此登上歷史舞臺。

1 概述

近年來，隨著商業(yè)航天領(lǐng)域和小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，低成本小型運(yùn)載火箭受到小衛(wèi)星制造商和運(yùn)營商的一致青睞，市場前景空前廣闊。為了滿足商業(yè)航天領(lǐng)域發(fā)射需求，火箭院于2018年2月正式啟動(dòng)了面向商業(yè)發(fā)射市場的小型固體運(yùn)載火箭研制工作。在充分市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目以“低成本、高可靠”，“模塊化、產(chǎn)業(yè)化”，“低保障、易維護(hù)”為指導(dǎo)思想，兼顧考慮與成熟型號形成運(yùn)載能力上的銜接互補(bǔ)，瞄準(zhǔn)200～900km軌道高度、200kg以下有效載荷的近地軌道小衛(wèi)星發(fā)射市場，旨在探索研制一型高性價(jià)比小型固體運(yùn)載火箭，捷龍一號運(yùn)載火箭應(yīng)運(yùn)而生。

2 運(yùn)載系統(tǒng)構(gòu)成

捷龍一號運(yùn)載系統(tǒng)由運(yùn)載火箭系統(tǒng)、地面發(fā)射系統(tǒng)和信息化保障系統(tǒng)構(gòu)成。

捷龍一號運(yùn)載系統(tǒng)組成框圖

捷龍一號全箭示意圖

捷龍一號全長約19.5m，總質(zhì)量約23.1t，采用四級固體發(fā)動(dòng)機(jī)串聯(lián)構(gòu)型。全箭采用“空氣舵＋RCS噴流”簡化控制方案，固體發(fā)動(dòng)機(jī)采用固定噴管，兩套姿控系統(tǒng)位于頭罩及末修艙內(nèi)，一級低速飛行段由空氣舵＋姿控動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合控制，二、三、四級飛行段采用姿控動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行三通道控制。

地面發(fā)射系統(tǒng)由發(fā)射車系統(tǒng)和測發(fā)控系統(tǒng)組成。發(fā)射車系統(tǒng)采用一車一箭垂直熱發(fā)射方案，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)動(dòng)發(fā)射。地面測發(fā)控系統(tǒng)具備智能化、自動(dòng)化測試和故障診斷功能，具有總裝廠房快速技術(shù)準(zhǔn)備、發(fā)射場快速測試發(fā)射的能力。

信息化保障系統(tǒng)主要系統(tǒng)示意圖

發(fā)射車產(chǎn)品圖

信息化保障系統(tǒng)由保障信息系統(tǒng)、交互式電子手冊（IETM）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）展示系統(tǒng)組成。通過系統(tǒng)融合、信息交互共享實(shí)現(xiàn)對捷龍一號運(yùn)載火箭在總裝總測、測試發(fā)射等全壽命的信息化保障；通過信息化編碼、電子化履歷提升運(yùn)載系統(tǒng)全周期的信息化質(zhì)量與狀態(tài)管控能力；通過信息化、便攜化支持軟件提供總裝、測試、發(fā)射過程的操作引導(dǎo)與應(yīng)急預(yù)案警示功能；通過商業(yè)VR展示系統(tǒng)，滿足總裝、發(fā)射流程的沉浸式體驗(yàn)需求，有力支撐捷龍一號適應(yīng)商業(yè)航天快、準(zhǔn)、穩(wěn)的發(fā)射需求。

捷龍一號飛行彈道分為一級動(dòng)力飛行段、一級滑行飛行段、二級動(dòng)力飛行段、二級滑行飛行段、三級動(dòng)力飛行段、三級滑行飛行段、四級動(dòng)力飛行段、末修段及鈍化段。

捷龍一號飛行剖面示意圖

3 火箭研制特點(diǎn)

低成本、高可靠

捷龍一號充分借鑒火箭院運(yùn)載火箭和小直徑固體型號的研制經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)成果，同時(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，降低研制成本，縮短研制周期。為了提升運(yùn)載效率，捷龍一號采用“空氣舵＋RCS噴流”復(fù)合控制方案，大大簡化了控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，大幅降低衛(wèi)星發(fā)射成本。在大型地面試驗(yàn)策劃方面，充分利用高精度數(shù)值仿真技術(shù)，采用“虛實(shí)結(jié)合”的手段大幅精簡大型地面試驗(yàn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)短周期火箭研制流程。

模塊化、產(chǎn)業(yè)化

通過結(jié)構(gòu)、電氣模塊集成設(shè)計(jì)開發(fā)，艙段模塊集成總裝總測，提高產(chǎn)品拓展適應(yīng)性，并提高研制生產(chǎn)效率；通過生產(chǎn)模式流水線式產(chǎn)業(yè)化改造，提高批產(chǎn)效率，降低批次性制造成本。電氣設(shè)計(jì)上，綜合控制器作為核心單機(jī)，實(shí)現(xiàn)慣組、飛控、綜控、時(shí)序控制、供配電、遙測和外安功能集成。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，所有艙段均采用統(tǒng)一的插接結(jié)構(gòu)、艙口蓋和防熱結(jié)構(gòu)等。

智能化、簡維護(hù)

信息化保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)中強(qiáng)化信息化與自動(dòng)化，采用獨(dú)立測試系統(tǒng)，對箭上各設(shè)備的電壓、溫度、芯片狀態(tài)及模塊狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、采編，采用智能監(jiān)測與分析系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的智能判讀，具備良好的測試覆蓋性，方便火箭的貯存維護(hù)。

箭上關(guān)鍵單機(jī)具備機(jī)內(nèi)測試和智能監(jiān)測功能，設(shè)備內(nèi)部具有狀態(tài)檢測、隔離故障的自動(dòng)測試能力，并能將監(jiān)測結(jié)果通過遙測系統(tǒng)實(shí)時(shí)下傳，不需要外部測試設(shè)備就能完成對設(shè)備的功能檢查、故障診斷與隔離以及性能測試。

4 發(fā)射服務(wù)性能

捷龍一號的運(yùn)載能力為：500km太陽同步軌道（SSO）不小于200kg，不同軌道高度、不同傾角的運(yùn)載能力不同。

星箭分離前，捷龍一號可根據(jù)用戶需求進(jìn)行最后階段的姿態(tài)調(diào)整?；鸺┭?、偏航和滾動(dòng)通道的角度偏差不大于2°，角速度偏差不大于2°/s。

捷龍一號衛(wèi)星艙采用全透波設(shè)計(jì)，包絡(luò)為Φ1.2m×1.5m，后續(xù)有Φ1.4m×2.0m衛(wèi)星艙（在研）可供選擇。另外，捷龍一號提供多種機(jī)械接口供用戶選擇，如立方星分離機(jī)構(gòu)、輕型包帶、點(diǎn)式分離機(jī)構(gòu)等。

捷龍一號具有“快履約、快發(fā)射”的特點(diǎn)，與用戶簽約后6個(gè)月即可出廠，采用一車一箭方式、成熟期運(yùn)抵發(fā)射場后能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)內(nèi)快速發(fā)射。

捷龍一號不同傾角圓軌道運(yùn)載能力

入軌精度

捷龍一號衛(wèi)星艙可用空間示意圖

國內(nèi)外部分同等規(guī)模火箭主要性能指標(biāo)對比

5 市場前景

捷龍一號充分繼承了火箭院60余年來的豐富研制經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，同時(shí)大膽創(chuàng)新，追求技術(shù)和管理上的突破。捷龍一號具有“兩高兩快”的特點(diǎn)，即高可靠性、高性價(jià)比、快履約、快發(fā)射。捷龍一號在500km SSO上的運(yùn)載能力可達(dá)200kg，運(yùn)載系數(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，可以滿足200～900km軌道高度小衛(wèi)星“一箭一星”及“一箭多星”組網(wǎng)發(fā)射需求，為全球微小衛(wèi)星提供了一種更加安全、靈活、經(jīng)濟(jì)、迅速的發(fā)射服務(wù)。另外，通過商業(yè)化運(yùn)營模式以及低成本設(shè)計(jì)技術(shù)，創(chuàng)新配套管理模式及扁平化設(shè)計(jì)流程，有效降低火箭研制成本，單發(fā)價(jià)格不超過2500萬元，目標(biāo)發(fā)射費(fèi)用為2萬～3萬美元/千克，具備國內(nèi)外小衛(wèi)星發(fā)射市場競爭力。將國內(nèi)外部分同等規(guī)?；鸺饕笜?biāo)進(jìn)行對比，捷龍一號無論是運(yùn)載效率還是發(fā)射成本都具有一定優(yōu)勢。

6 后續(xù)研制計(jì)劃

捷龍一號將按照“三步走”戰(zhàn)略逐步開展研制和運(yùn)營：第一步，從2018年研制啟動(dòng)到2019年8月，完成首飛任務(wù)1發(fā)，創(chuàng)新商業(yè)、研發(fā)、運(yùn)營模式；第二步，從2019年1月到2020年12月，完成研制批任務(wù)5發(fā)、1.4m直徑衛(wèi)星艙方案設(shè)計(jì)和飛行驗(yàn)證，具備在國內(nèi)主要發(fā)射場實(shí)施發(fā)射的能力；第三步，從2021年起，進(jìn)入成熟批任務(wù)階段，每10發(fā)一批，實(shí)現(xiàn)批量發(fā)射能力。