一箭20星！捷龍三號發(fā)射成功，為商業(yè)航天注入新動能！

12月6日3時24分，捷龍三號運載火箭在廣東陽江附近海域點火升空，順利將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。“捷龍三號”是面向未來衛(wèi)星星座快速組網(wǎng)發(fā)射需求而打造的商業(yè)四級固體火箭，突破了多項關(guān)鍵技術(shù)，具備“一箭20星”的發(fā)射能力，綜合發(fā)射成本為國內(nèi)當前最優(yōu)，必將為國內(nèi)商業(yè)航天發(fā)射注入強有力的新動能。

捷龍三號火箭

固體火箭優(yōu)勢充分發(fā)揮

眾所周知，固體火箭構(gòu)造相對簡單，具有可靠性高、履約周期短、發(fā)射場保障簡便等優(yōu)勢。捷龍三號火箭則有運載能力強、整流罩包絡(luò)空間大、發(fā)射方式多樣化、經(jīng)濟性好、發(fā)射效率高、履約周期短等特點，將固體火箭的多方面優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致。

公開資料顯示，該火箭全箭總長31.8米，箭體最大直徑2.65米，起飛質(zhì)量140噸，500千米太陽同步軌道運載能力1.5噸，擁有2.9米直徑和3.35米直徑整流罩，可實現(xiàn)海上發(fā)射和陸地車載發(fā)射，任務(wù)適用性強。

捷龍三號火箭轉(zhuǎn)運中

正所謂“動力有多強，航天舞臺就有多大”。捷龍三號火箭使用了國內(nèi)裝藥量最多、推力最大的高性能纖維纏繞復(fù)合材料殼體整體式固體發(fā)動機。該發(fā)動機直徑2.65米，裝藥量71噸，推力達到200噸，采用了多項新技術(shù)，綜合性能達到世界一流水平。

通過技術(shù)經(jīng)濟一體化手段的多管齊下，航天科技集團一院中國長征火箭有限公司（簡稱中國火箭公司）研制團隊在確保產(chǎn)品可靠性的同時，實現(xiàn)了設(shè)計成本可控，提高了發(fā)動機產(chǎn)品的綜合性能。在本次任務(wù)中，捷龍三號火箭首次完成了中國火箭海上熱發(fā)射，實現(xiàn)了從海上冷發(fā)射到海上熱發(fā)射的跨越。

由于箭體規(guī)模增大，捷龍三號火箭創(chuàng)新性地采用了框式導(dǎo)向海上熱發(fā)射方案，攻克了待發(fā)穩(wěn)定性、離架安全性、燃氣流排導(dǎo)和熱防護設(shè)計等技術(shù)難題，在確保發(fā)射安全性的前提下，有效縮短了發(fā)射流程，降低了發(fā)射成本。

在本次任務(wù)中，捷龍三號火箭的外形也被人津津樂道——“頭大脖子細”。原來，捷龍三號火箭箭體最大直徑2.65米，最小直徑僅2米，而研制隊伍采用了直徑3.35米整流罩，相比同規(guī)模固體火箭，可為有效載荷提供更大的包絡(luò)空間。不過，這種構(gòu)型給火箭結(jié)構(gòu)載荷設(shè)計、飛行姿態(tài)控制和復(fù)雜的噪聲振動環(huán)境設(shè)計等方面帶來了很大的麻煩，研制團隊努力為衛(wèi)星準備了更“舒適”的空間。

捷龍三號火箭一體化測發(fā)指揮系統(tǒng)也更加簡潔、智能。據(jù)了解，地面測發(fā)控系統(tǒng)前后端全面集成在前端測發(fā)控制艙和后端一體化指揮控制艙中，系統(tǒng)集成度高，智能化程度高，可以實現(xiàn)筆記本電腦“一鍵式”發(fā)射。

本次捷龍三號火箭成功發(fā)射，還進一步驗證了生產(chǎn)制造發(fā)射一體化的優(yōu)勢——減少火箭生產(chǎn)制造與發(fā)射之間的復(fù)雜運輸環(huán)節(jié)，縮短發(fā)射鏈條，大幅提高發(fā)射效率。

據(jù)悉，捷龍三號火箭的總裝測試工作是在中國火箭公司位于山東省海陽市的固體火箭總裝測試基地進行的，采取批量生產(chǎn)貯存模式。執(zhí)行發(fā)射任務(wù)時，開展星箭對接和整流罩對接；經(jīng)過必要的測試后，火箭整體轉(zhuǎn)運至海上發(fā)射母港（海陽港）上發(fā)射船，運輸距離不超過6千米，運輸用時不超過2小時；發(fā)射船載火箭運輸至目標海域后，進入發(fā)射流程。整個流程用時一般不超過一周，單次發(fā)射效率大幅提高，且可實現(xiàn)一周一次的高頻次發(fā)射。

值得一提的是，捷龍三號火箭在研制過程中大量采用了“天巽”“天行”“天際”“天象”等自主可控工業(yè)軟件，實現(xiàn)了由國外工業(yè)軟件向自主可控轉(zhuǎn)變，由地面實物驗證向仿真設(shè)計轉(zhuǎn)變，減少了大量實物地面試驗，有效提高了設(shè)計效率。

海上熱發(fā)射力克難關(guān)

本次捷龍三號火箭任務(wù)實現(xiàn)了中國火箭從海上冷發(fā)射到海上熱發(fā)射的跨越。

火箭海上發(fā)射具備多重優(yōu)勢。一是海上發(fā)射平臺可機動部署，比如選擇在靠近赤道的海域進行發(fā)射，最大限度地利用地球自轉(zhuǎn)速度，將火箭送入軌道，增加火箭的有效載荷，相當于節(jié)省了火箭的燃料。二是海上發(fā)射的射向范圍寬，火箭殘骸可濺落在海面上，避開城市等人口聚集區(qū)，航落區(qū)安全性好。

當前，海上發(fā)射安全、靈活、高效的優(yōu)勢已通過國產(chǎn)不同型號火箭得到檢驗，海上發(fā)射或?qū)⒏映B(tài)化。更加專業(yè)的中國海上發(fā)射船正在建設(shè)，力爭實現(xiàn)一次出海多次發(fā)射。海上固定發(fā)射平臺正在并行論證，可持續(xù)降低海上發(fā)射對火箭的要求，通過“固定+機動”模式，大幅提高海上發(fā)射的經(jīng)濟性和靈活性。不僅如此，中國火箭公司還在積極探索液體火箭海上發(fā)射能力，真正實現(xiàn)“冷熱兼?zhèn)洹薄肮桃杭嫒荨薄肮潭?機動”“一次出海多次發(fā)射”等更加完備的海上發(fā)射能力。

捷龍三號火箭在發(fā)射船上進行準備工作

那么“冷”“熱”該如何區(qū)分呢？所謂“冷發(fā)射”，是指火箭先從發(fā)射筒中被彈射出來，隨后在半空中點火起飛，火箭的高溫尾焰不會燒蝕發(fā)射平臺，長征十一號火箭就采取了這種發(fā)射方式。所謂“熱發(fā)射”，則是火箭直接從發(fā)射平臺上點火起飛，沒有彈射過程，我國絕大多數(shù)火箭采取這種發(fā)射方式。

從表面上看，海上熱發(fā)射比海上冷發(fā)射少了彈射環(huán)節(jié)，似乎更簡單，實則不然?；鸺苯狱c火會產(chǎn)生強大的反作用力，影響穩(wěn)定性，火箭高溫尾焰也考驗著發(fā)射船和發(fā)射設(shè)備的承受能力，這些難題要如何解決呢？

在觀看捷龍三號火箭任務(wù)視頻時，細心的觀眾可能會發(fā)現(xiàn)，火箭在起飛之前被一個長方體“籠子”包著，這個“籠子”就是導(dǎo)向式框架。海上風急浪高，如果不依靠外力支撐，火箭很難穩(wěn)穩(wěn)地立在發(fā)射船上。因此，冷發(fā)射時，發(fā)射筒支撐著火箭的穩(wěn)定；熱發(fā)射時，依靠導(dǎo)向式框架把火箭“扶住”，就不會因海況造成火箭失穩(wěn)翻倒。

為解決火箭海上熱發(fā)射時的高溫承受難題，研制人員在發(fā)射船尾部單獨增加了長15米、寬10米的發(fā)射支撐平臺。在該平臺的作用下，火箭尾焰從由上到下排導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛩絻蓚?cè)排導(dǎo)，大幅度降低了火箭尾焰對發(fā)射船和發(fā)射設(shè)備的影響。

不僅如此，研制人員還給發(fā)射設(shè)備上了第二重保險——針對核心元器件，增加防護層；在承受熱流密度大的部位，增加防護鋼板。最終目標是，在火箭發(fā)射后，設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)不受影響，簡單維護后就能再次執(zhí)行任務(wù)。

既然海上熱發(fā)射有諸多難題需要突破，為何還要嘗試？因為相比海上冷發(fā)射，海上熱發(fā)射的經(jīng)濟性更高，導(dǎo)向框架顯然比發(fā)射筒更節(jié)約成本，而且一次性消耗品更少，可以說實現(xiàn)了價值最大化。隨著捷龍三號火箭海上熱發(fā)射成功，我們有望看到更多型號的火箭在這方面作出嘗試。

商業(yè)需求促使全面升級

隨著人們對空天信息的需求日益增長以及商業(yè)航天蓬勃發(fā)展，火箭面臨著低成本、大規(guī)?？焖俳M網(wǎng)發(fā)射的新要求。中國火箭公司采用商業(yè)化模式和技術(shù)經(jīng)濟一體化思路，在長征十一號火箭的基礎(chǔ)上實現(xiàn)系列化發(fā)展，打造出捷龍三號火箭，致力于為低軌衛(wèi)星提供低成本、批量化、高頻次的發(fā)射服務(wù)。

最大限度地貼合商業(yè)使用需求，是做好一型商業(yè)火箭的基本出發(fā)點。捷龍三號火箭的首要指標是高性價比，盡可能控制火箭制造和發(fā)射成本，整箭發(fā)射服務(wù)每千克載荷價格不超過1萬美元。

成本控制不容易，研制團隊做了諸多管理模式上的創(chuàng)新。首先，以目標成本為第一約束條件，開展方案和成本的迭代優(yōu)化，按照“成本最優(yōu)、工藝最簡、流程最短”的原則，確定技術(shù)方案。第二，探索形成以差異化管理為核心的商業(yè)火箭質(zhì)量管理新模式，針對不同等級產(chǎn)品、流程、風險，分別制定不同級別的質(zhì)量管理策略。第三，通過批量化生產(chǎn)、優(yōu)化生產(chǎn)流程、縮短發(fā)射鏈條、戰(zhàn)略合作共贏等一系列措施，降低火箭生產(chǎn)和發(fā)射成本。

捷龍三號火箭開展分段組裝

產(chǎn)品通用化模塊化也是降低成本的有效手段。研制團隊大幅應(yīng)用長征系列火箭技術(shù)及大量仿真技術(shù)，實現(xiàn)了單機、工裝、設(shè)備、設(shè)施等在一定程度上的通用，進一步降低部件成本，縮短箭體出貨周期，應(yīng)對市場商業(yè)發(fā)射“缺口”。

此外，履約周期短也很重要。研制團隊主要做了兩方面的工作：一方面，通過火箭箭體去任務(wù)化、飛行軟件諸元化等設(shè)計理念，服務(wù)于火箭批量化生產(chǎn)；另一方面，針對星箭相關(guān)工作“短線”，采取星箭快速集成化設(shè)計和并行工程等設(shè)計方法，有效突破關(guān)鍵瓶頸。如此一來，可將履約周期壓縮至3～6個月。

總之，捷龍三號火箭從立項研制到成功首飛用時僅20個月，這意味著中國火箭公司探索出了商業(yè)火箭快速研制新模式。據(jù)悉，中國火箭公司將開啟山東海陽總裝測試廠房二期工程建設(shè)，計劃在2023年年底達到年產(chǎn)20發(fā)火箭的生產(chǎn)能力和3發(fā)火箭的周轉(zhuǎn)貯存能力。

捷龍三號火箭立項之初就被打上了商業(yè)化“烙印”。在市場開發(fā)過程中，中國火箭公司與客戶建立了定期洽談機制，同優(yōu)質(zhì)客戶建立了戰(zhàn)略聯(lián)盟關(guān)系；進入發(fā)射服務(wù)階段，該公司發(fā)揮強大的市場資源和售前能力，強化與衛(wèi)星方的協(xié)同設(shè)計；在衛(wèi)星星座論證階段，該公司充分利用捷龍三號火箭和長征二號丙火箭、長征十一號火箭等，為衛(wèi)星方提供靈活、經(jīng)濟、高效的一體化發(fā)射方案，提高衛(wèi)星組網(wǎng)效率，降低發(fā)射費用。

圍繞捷龍三號火箭，中國火箭公司還進行了一系列品牌增值服務(wù)的探索，如箭體廣告、品牌聯(lián)名、科普教育、文旅文創(chuàng)等。

捷龍三號火箭首飛成功，進一步完善了相關(guān)固體火箭型譜，500千米太陽同步軌道運載能力覆蓋200千克～1.5噸，整流罩直徑覆蓋1.2米～3.35米，運載能力梯度更加合理。同時，通過去任務(wù)化設(shè)計、批量化生產(chǎn)、集成化服務(wù)、一體化發(fā)射，能夠為衛(wèi)星客戶提供更加安全、靈活、經(jīng)濟、高效的發(fā)射服務(wù)。

未來，研制團隊將持續(xù)開展捷龍三號火箭的優(yōu)化升級工作，進一步緊扣當前乃至未來低軌衛(wèi)星低成本、批量化、高頻次發(fā)射需求，確定火箭的性能指標、使用模式。比如，通過結(jié)構(gòu)減重來提升運載能力，更換液體上面級而提高發(fā)射適應(yīng)性等，爭取為商業(yè)衛(wèi)星客戶提供更加優(yōu)質(zhì)、廉價的發(fā)射服務(wù)。

捷龍三號火箭并不是該系列的“終點”，中國火箭公司正在論證具有更大推力的捷龍四號火箭，其500千米太陽同步軌道運載能力將達到2.5噸。研制團隊將通過固體發(fā)動機的模塊化組合、箭上電氣系統(tǒng)和地面測發(fā)控系統(tǒng)的統(tǒng)型等措施，降低研制成本，增強市場競爭力，更好地滿足衛(wèi)星客戶的多樣化需求。