[科普中國(guó)]-長(zhǎng)征十一號(hào)運(yùn)載火箭

研制背景

通常需要尋求搭載發(fā)射，而搭載發(fā)射多顆衛(wèi)星的最佳工作軌道可能難以統(tǒng)一，衛(wèi)星間的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)和電磁兼容也是需要解決的問(wèn)題，這就制約了搭載發(fā)射的選擇范圍。因此，經(jīng)濟(jì)型小型火箭的研制需求越來(lái)越旺盛。4

同時(shí)，應(yīng)對(duì)突發(fā)自然災(zāi)害等應(yīng)急型任務(wù)的需求也催生了快速響應(yīng)航天技術(shù)的發(fā)展。應(yīng)急衛(wèi)星需要實(shí)現(xiàn)快速集成總裝和快速在軌測(cè)試，從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)發(fā)射。“長(zhǎng)十一”的研制目的之一就是為了滿足快速響應(yīng)航天任務(wù)的需要，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)快速發(fā)射。4

中國(guó)長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭已經(jīng)成功發(fā)射幾近200次，固體火箭發(fā)射還是首次。液體火箭的優(yōu)勢(shì)在于運(yùn)載能力大，可達(dá)5噸―10噸，但是缺點(diǎn)在于加注時(shí)間長(zhǎng)，從測(cè)試到發(fā)射整個(gè)流程需要20―50天。固體火箭雖然運(yùn)載能力不如液體運(yùn)載火箭，但是它最大的優(yōu)勢(shì)在于接到發(fā)射命令之后，從測(cè)試到發(fā)射能在一天內(nèi)完成，固體火箭的快速反應(yīng)能力能夠很好地應(yīng)對(duì)突發(fā)災(zāi)害后的通訊和觀察任務(wù)，便于針對(duì)性地采取措施。5

長(zhǎng)征十一號(hào)小型固體運(yùn)載火箭的誕生，是小衛(wèi)星蓬勃發(fā)展、快速響應(yīng)航天概念的提出、固體動(dòng)力技術(shù)進(jìn)步共同牽引的結(jié)果。6

2010年10月，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司將長(zhǎng)十一火箭作為內(nèi)部型號(hào)立項(xiàng)。

全國(guó)政協(xié)委員、中國(guó)航天科技集團(tuán)中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院黨委書記梁小虹向新華社記者透露，我國(guó)火箭家族中的新一代小型運(yùn)載火箭長(zhǎng)征十一號(hào)運(yùn)載火箭2015年內(nèi)將首飛。長(zhǎng)征十一號(hào)運(yùn)載火箭已完成研制階段的各項(xiàng)工作，進(jìn)入首飛前最后準(zhǔn)備階段。梁小虹表示，未來(lái)該院在長(zhǎng)征十一號(hào)運(yùn)載火箭的基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步規(guī)劃發(fā)展系列化固體運(yùn)載火箭，與其研制的液體運(yùn)載火箭互為補(bǔ)充，不斷完善我國(guó)航天運(yùn)輸體系。

中國(guó)長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭已經(jīng)成功發(fā)射幾近200次，固體火箭發(fā)射還是首次。液體火箭的優(yōu)勢(shì)在于運(yùn)載能力大，可達(dá)5噸―10噸，但是缺點(diǎn)在于加注時(shí)間長(zhǎng)，從測(cè)試到發(fā)射整個(gè)流程需要20―50天。固體火箭雖然運(yùn)載能力不如液體運(yùn)載火箭，但是它最大的優(yōu)勢(shì)在于接到發(fā)射命令之后，從測(cè)試到發(fā)射能在一天內(nèi)完成，“固體火箭的快速反應(yīng)能力能夠很好地應(yīng)對(duì)突發(fā)災(zāi)害后的通訊和觀察任務(wù)，便于針對(duì)性地采取措施?！?

研制團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)總設(shè)計(jì)師：彭昆雅

副總設(shè)計(jì)師：王健儒，動(dòng)機(jī)部分負(fù)責(zé)人。

副總設(shè)計(jì)師：管洪仁，控制部分負(fù)現(xiàn)人。8

伺服系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師：陳安平

總體主任設(shè)計(jì)師：嚴(yán)寶峰

總體副主任設(shè)計(jì)師：吳強(qiáng)

參試人員：劉佳佳9

管理團(tuán)隊(duì)總指揮：楊毅強(qiáng)8

發(fā)動(dòng)機(jī)總指揮：張士林

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)長(zhǎng)征十一號(hào)采用國(guó)際通用星箭接口，可滿足不同任務(wù)載荷、不同軌道的多樣化發(fā)射需求。10火箭系統(tǒng)由固體運(yùn)載火箭、發(fā)射支持系統(tǒng)組成，一級(jí)采用中國(guó)最大規(guī)模和推力的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，可牽引大型固體發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)載火箭固體助推器技術(shù)的發(fā)展。5

火箭具有可整體貯存、操作簡(jiǎn)單、發(fā)射成本低、發(fā)射周期短的特性，它最大的優(yōu)勢(shì)是“快速、便捷、靈活”，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星快速組網(wǎng)和補(bǔ)網(wǎng)，能很好地滿足自然災(zāi)害、突發(fā)事件等應(yīng)急發(fā)射需求。

該系統(tǒng)由固體運(yùn)載火箭、發(fā)射支持系統(tǒng)組成，一級(jí)采用中國(guó)最大規(guī)模和推力的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。具有可整體貯存、操作簡(jiǎn)單、發(fā)射成本低、發(fā)射周期以小時(shí)計(jì)算，最大的優(yōu)勢(shì)是“快速、便捷、靈活”，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星快速組網(wǎng)和補(bǔ)網(wǎng)，能很好地滿足自然災(zāi)害、突發(fā)事件等應(yīng)急發(fā)射需求。11

技術(shù)參數(shù)

|| || 基本參數(shù)

|| || 火箭一級(jí)參數(shù)

動(dòng)力系統(tǒng)火箭一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)采用的固體發(fā)動(dòng)機(jī)是目前我國(guó)推力最大的固體發(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。面對(duì)技術(shù)難度大、研制時(shí)間緊、多項(xiàng)設(shè)計(jì)及工藝技術(shù)無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)等困難，四院研制隊(duì)伍大膽創(chuàng)新、攻堅(jiān)克難，在2年內(nèi)實(shí)現(xiàn)了首臺(tái)全尺寸發(fā)動(dòng)機(jī)地面熱試，成功突破了4項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)；在3年內(nèi)全面完成了方案和初樣研制工作，實(shí)現(xiàn)了該發(fā)動(dòng)機(jī)多臺(tái)次地面大型聯(lián)試成功。發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)全部滿足總體要求，并接近國(guó)際先進(jìn)水平，刷新了我國(guó)固體發(fā)動(dòng)機(jī)研制史上多項(xiàng)紀(jì)錄。12

發(fā)動(dòng)機(jī)研制由航天動(dòng)力技術(shù)研究院（航天四院）團(tuán)隊(duì)承擔(dān)：

總指揮：張士林

總設(shè)計(jì)師：王健儒

四級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)師：趙東民

設(shè)計(jì)師：張卓勛、賀向東、魏坤龍13

技術(shù)突破該火箭突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，運(yùn)載能力和適應(yīng)能力強(qiáng)，火箭規(guī)模和起飛推力大，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，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，對(duì)于完善中國(guó)航天運(yùn)輸系統(tǒng)體系，提升快速進(jìn)入空間能力具有重要意義。14

液體和固體火箭不同的優(yōu)缺點(diǎn)，使它們?cè)诿裼煤蛙娪檬袌?chǎng)上各有所長(zhǎng)。實(shí)際上，運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈本就是一脈同源，現(xiàn)代意義上最早的火箭就是德國(guó)在二戰(zhàn)時(shí)研制的V2彈道導(dǎo)彈，采用液氧加酒精的液體燃料組合。后來(lái)航天工業(yè)大發(fā)展時(shí)代，民用和軍用細(xì)分越來(lái)越明顯，追求經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的民用火箭就全面采用液體燃料；而追求反應(yīng)速度和維護(hù)性的軍用導(dǎo)彈，則采用固體燃料設(shè)計(jì)。

長(zhǎng)征十一號(hào)有兩個(gè)性能追求點(diǎn)，除了24小時(shí)內(nèi)完成發(fā)射準(zhǔn)備外，還必須具備全天候、無(wú)依托發(fā)射的能力。所謂無(wú)依托發(fā)射，就是不需要專門的火箭發(fā)射場(chǎng)，不需要勤務(wù)塔、不需要臍帶塔、不需要導(dǎo)流槽，連發(fā)射臺(tái)都不需要，只要有一片平地就可以了。

為了實(shí)現(xiàn)這種能力，長(zhǎng)十一采用了能夠自主移動(dòng)、完成測(cè)試準(zhǔn)備的發(fā)射平臺(tái)──即機(jī)動(dòng)戰(zhàn)略導(dǎo)彈的發(fā)射平臺(tái)。可以說(shuō)，整支長(zhǎng)征十一號(hào)火箭都是在遠(yuǎn)程戰(zhàn)略導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的軍民兩用經(jīng)濟(jì)版。

長(zhǎng)征十一號(hào)在設(shè)計(jì)上與戰(zhàn)略導(dǎo)彈有幾點(diǎn)不同，首先是對(duì)成本的控制要求更高；比如在火箭殼體結(jié)構(gòu)上就比較省錢，沒(méi)有采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，而是采用金屬鑄造工藝。還有就是，比如第四級(jí)的控制艙，結(jié)構(gòu)是沿用原來(lái)長(zhǎng)征系列火箭的老式設(shè)計(jì)。

另一方面，長(zhǎng)征十一號(hào)也不完全是降級(jí)的縮水版。軍用戰(zhàn)略導(dǎo)彈設(shè)計(jì)一旦定型，以后變更設(shè)計(jì)就非常難，要很多年才有一次改型的機(jī)會(huì)，而且改進(jìn)幅度不一定很大。改進(jìn)頻率和深度的不足，使很多新技術(shù)和新設(shè)計(jì)得不到驗(yàn)證和實(shí)用化的機(jī)會(huì)，不利于科研能力和產(chǎn)品技術(shù)水平進(jìn)步。

長(zhǎng)征十一號(hào)火箭同時(shí)承擔(dān)新型技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)的角色，比如它的第一級(jí)火箭，是中國(guó)推力、燃燒室裝藥量、柔性噴管尺寸等方面最大的型號(hào)，刷新了中國(guó)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制歷史的多項(xiàng)紀(jì)錄。這方面的性能和成本，就比現(xiàn)役的東風(fēng)-31甚至是東風(fēng)-41都要高。

海上商業(yè)發(fā)射近年來(lái)，許多地處赤道地區(qū)的國(guó)家對(duì)發(fā)射近赤道、低傾角衛(wèi)星的需求越來(lái)越旺盛。發(fā)射這類衛(wèi)星，離赤道越近，運(yùn)載能力損失越小，發(fā)射成本越低。因此在靠近赤道的海上進(jìn)行火箭發(fā)射，成為許多航天強(qiáng)國(guó)爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)的一種發(fā)射模式。針對(duì)國(guó)際商業(yè)用戶的需求，中國(guó)計(jì)劃在2018年推出海上低傾角發(fā)射服務(wù)，這項(xiàng)發(fā)射服務(wù)對(duì)于低傾角衛(wèi)星來(lái)說(shuō)“將是比較劃算的發(fā)射方式”。15

航天科技集團(tuán)一院計(jì)劃用萬(wàn)噸級(jí)的普通貨船改造成為海上發(fā)射平臺(tái)，火箭則使用對(duì)發(fā)射設(shè)施依賴較少、目前技術(shù)較成熟的長(zhǎng)征十一號(hào)固體運(yùn)載火箭。

按計(jì)劃，長(zhǎng)征十一號(hào)將于2017年進(jìn)行海上發(fā)射的關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)，預(yù)計(jì)2018年就可以面向國(guó)際商業(yè)用戶提供這種發(fā)射方式。屆時(shí)，長(zhǎng)征十一號(hào)可將500千克的衛(wèi)星送到軌道傾角為0到10度，高度為500公里的軌道。16

意義與優(yōu)勢(shì)研制意義長(zhǎng)征十一號(hào)運(yùn)載火箭的發(fā)射成功，標(biāo)志著中國(guó)在固體運(yùn)載火箭領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破，對(duì)于完善中國(guó)運(yùn)載火箭型譜、提升進(jìn)入空間能力，具有重要意義。

長(zhǎng)征十一號(hào)火箭可滿足不同任務(wù)載荷、不同軌道的多樣化發(fā)射需求，有力地促進(jìn)了中國(guó)小衛(wèi)星的規(guī)?；l(fā)展與應(yīng)用。6

長(zhǎng)征十一號(hào)箭突破了大型固體發(fā)動(dòng)機(jī)（120號(hào)大推力固體發(fā)動(dòng)機(jī)）、快速測(cè)試發(fā)射（準(zhǔn)備到發(fā)射的時(shí)間在24小時(shí)以內(nèi)）、衛(wèi)星環(huán)境綜合保障等關(guān)鍵技術(shù)，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。6

作為我國(guó)長(zhǎng)征系列火箭家族第一型固體運(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)十一火箭具有“快速、可靠、便捷、低廉”的優(yōu)勢(shì)，主要用于滿足自然災(zāi)害、突發(fā)事件等應(yīng)急情況下微小衛(wèi)星發(fā)射需求。

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，對(duì)提升我國(guó)快速進(jìn)入空間能力具有里程碑意義，有力促進(jìn)了我國(guó)小衛(wèi)星的規(guī)?；l(fā)展和應(yīng)用。17

競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)1.“長(zhǎng)十一”數(shù)百公斤級(jí)的近地軌道運(yùn)載能力可滿足80%以上小衛(wèi)星的發(fā)射需求，而且其發(fā)射小衛(wèi)星可以省去搭載發(fā)射需要解決的軌道協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)、電磁兼容協(xié)調(diào)等問(wèn)題。

2.“長(zhǎng)十一”能夠?yàn)樾⌒l(wèi)星提供最優(yōu)化、最靈活的發(fā)射服務(wù)，使小衛(wèi)星也擁有主載荷享有的優(yōu)先權(quán)，獲得個(gè)性化訂制服務(wù)。再加上“長(zhǎng)十一”獨(dú)有的靈活選擇發(fā)射地點(diǎn)的能力，可以把衛(wèi)星送入一些受制于現(xiàn)有發(fā)射場(chǎng)的測(cè)控、落區(qū)范圍而難以到達(dá)的目標(biāo)軌道。“長(zhǎng)十一”的出現(xiàn)可以大大拓展我國(guó)小型航天器的應(yīng)用范圍。

3.“長(zhǎng)十一”使用標(biāo)準(zhǔn)的星箭接口。接口的標(biāo)準(zhǔn)化使火箭能夠適應(yīng)不同衛(wèi)星的任務(wù)需求，減少星箭接口匹配的工作量。標(biāo)準(zhǔn)接口具有的互換性也為“長(zhǎng)十一”在各種快速應(yīng)急任務(wù)中靈活地匹配不同類型的有效載荷提供了便利。

4.“長(zhǎng)十一”具備24小時(shí)發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間和機(jī)動(dòng)發(fā)射帶來(lái)的快速響應(yīng)能力。因此，其不僅能擔(dān)負(fù)常規(guī)的小衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，也能在自然災(zāi)害等應(yīng)急條件下迅速提供航天發(fā)射支援。

5.“長(zhǎng)十一”的發(fā)射場(chǎng)地簡(jiǎn)單、測(cè)發(fā)操作便捷優(yōu)勢(shì)，也使其能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜惡劣的條件。18

發(fā)射記錄

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注釋：

SSO：太陽(yáng)同步軌道（Sun-synchronous Orbit）

后續(xù)發(fā)展商業(yè)一型

長(zhǎng)征十一號(hào)商業(yè)一型將火箭一級(jí)外殼材料由鋼換為碳纖維，并將一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)海平面比沖由248秒提高到252秒，進(jìn)一步提高了火箭性能，700公里SSO運(yùn)載能力提高到500公斤。火箭可采用陸基或?；依錈峒嫒莸亩喾N發(fā)射方式。

該型火箭預(yù)計(jì)將于2018年首飛。2

商業(yè)二型

長(zhǎng)征十一號(hào)商業(yè)二型是我國(guó)第一型按成本目標(biāo)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)的火箭。它在商業(yè)一型的基礎(chǔ)上，將火箭一級(jí)直徑拓展到2.5米，增大了一級(jí)的裝藥量，延長(zhǎng)了一級(jí)的燃燒時(shí)間。同時(shí)通過(guò)單機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)箭上電器一體化。該型火箭將覆蓋絕大多數(shù)低軌衛(wèi)星發(fā)射需求。2

火箭起飛質(zhì)量115噸，整流罩有2.4/2.7/2.9米三種直徑尺寸可供選擇，火箭700公里SSO運(yùn)載能力提高到1.5噸，火箭采用簡(jiǎn)易臺(tái)架熱發(fā)射的發(fā)射方式。2

該型火箭預(yù)計(jì)將于2019年首飛。28