“國家隊”正式進軍商業發射市場—捷龍一號火箭首次商業發射圓滿成功

高峰 譚杰 尚輝 任新宇 龔旻 張東（中國運載火箭技術研究院）

作為中國運載火箭技術研究院（簡稱“火箭院”）首個純商業模式研制的運載火箭，捷龍一號于2019年8月17日在酒泉衛星發射中心首飛，以“一箭三星”的方式將千乘一號01星、星時代- 5和天啟二號送入預定軌道，發射取得圓滿成功。這是捷龍一號的首次發射，標志著中國“龍”系列商業運載火箭從此登上歷史舞臺。

1 概述

近年來，隨著商業航天領域和小衛星產業的蓬勃發展，低成本小型運載火箭受到小衛星制造商和運營商的一致青睞，市場前景空前廣闊。為了滿足商業航天領域發射需求，火箭院于2018年2月正式啟動了面向商業發射市場的小型固體運載火箭研制工作。在充分市場調研的基礎上，項目以“低成本、高可靠”，“模塊化、產業化”，“低保障、易維護”為指導思想，兼顧考慮與成熟型號形成運載能力上的銜接互補，瞄準200～900km軌道高度、200kg以下有效載荷的近地軌道小衛星發射市場，旨在探索研制一型高性價比小型固體運載火箭，捷龍一號運載火箭應運而生。

2 運載系統構成

捷龍一號運載系統由運載火箭系統、地面發射系統和信息化保障系統構成。

捷龍一號運載系統組成框圖

捷龍一號全箭示意圖

捷龍一號全長約19.5m，總質量約23.1t，采用四級固體發動機串聯構型。全箭采用“空氣舵＋RCS噴流”簡化控制方案，固體發動機采用固定噴管，兩套姿控系統位于頭罩及末修艙內，一級低速飛行段由空氣舵＋姿控動力系統進行復合控制，二、三、四級飛行段采用姿控動力系統進行三通道控制。

地面發射系統由發射車系統和測發控系統組成。發射車系統采用一車一箭垂直熱發射方案，能夠實現機動發射。地面測發控系統具備智能化、自動化測試和故障診斷功能，具有總裝廠房快速技術準備、發射場快速測試發射的能力。

信息化保障系統主要系統示意圖

發射車產品圖

信息化保障系統由保障信息系統、交互式電子手冊（IETM）和虛擬現實（VR）展示系統組成。通過系統融合、信息交互共享實現對捷龍一號運載火箭在總裝總測、測試發射等全壽命的信息化保障；通過信息化編碼、電子化履歷提升運載系統全周期的信息化質量與狀態管控能力；通過信息化、便攜化支持軟件提供總裝、測試、發射過程的操作引導與應急預案警示功能；通過商業VR展示系統，滿足總裝、發射流程的沉浸式體驗需求，有力支撐捷龍一號適應商業航天快、準、穩的發射需求。

捷龍一號飛行彈道分為一級動力飛行段、一級滑行飛行段、二級動力飛行段、二級滑行飛行段、三級動力飛行段、三級滑行飛行段、四級動力飛行段、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

低成本、高可靠

捷龍一號充分借鑒火箭院運載火箭和小直徑固體型號的研制經驗和技術成果，同時創新設計理念，降低研制成本，縮短研制周期。為了提升運載效率，捷龍一號采用“空氣舵＋RCS噴流”復合控制方案，大大簡化了控制機構設計，大幅降低衛星發射成本。在大型地面試驗策劃方面，充分利用高精度數值仿真技術，采用“虛實結合”的手段大幅精簡大型地面試驗數量，實現短周期火箭研制流程。

模塊化、產業化

通過結構、電氣模塊集成設計開發，艙段模塊集成總裝總測，提高產品拓展適應性，并提高研制生產效率；通過生產模式流水線式產業化改造，提高批產效率，降低批次性制造成本。電氣設計上，綜合控制器作為核心單機，實現慣組、飛控、綜控、時序控制、供配電、遙測和外安功能集成。結構設計上，所有艙段均采用統一的插接結構、艙口蓋和防熱結構等。

智能化、簡維護

信息化保障系統設計中強化信息化與自動化，采用獨立測試系統，對箭上各設備的電壓、溫度、芯片狀態及模塊狀態進行實時監測、采編，采用智能監測與分析系統初步實現測試數據的智能判讀，具備良好的測試覆蓋性，方便火箭的貯存維護。

箭上關鍵單機具備機內測試和智能監測功能，設備內部具有狀態檢測、隔離故障的自動測試能力，并能將監測結果通過遙測系統實時下傳，不需要外部測試設備就能完成對設備的功能檢查、故障診斷與隔離以及性能測試。

4 發射服務性能

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

星箭分離前，捷龍一號可根據用戶需求進行最后階段的姿態調整。火箭俯仰、偏航和滾動通道的角度偏差不大于2°，角速度偏差不大于2°/s。

捷龍一號衛星艙采用全透波設計，包絡為Φ1.2m×1.5m，后續有Φ1.4m×2.0m衛星艙（在研）可供選擇。另外，捷龍一號提供多種機械接口供用戶選擇，如立方星分離機構、輕型包帶、點式分離機構等。

捷龍一號具有“快履約、快發射”的特點，與用戶簽約后6個月即可出廠，采用一車一箭方式、成熟期運抵發射場后能夠實現24小時內快速發射。

捷龍一號不同傾角圓軌道運載能力

入軌精度

捷龍一號衛星艙可用空間示意圖

國內外部分同等規模火箭主要性能指標對比

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驗和技術積累，同時大膽創新，追求技術和管理上的突破。捷龍一號具有“兩高兩快”的特點，即高可靠性、高性價比、快履約、快發射。捷龍一號在500km SSO上的運載能力可達200kg，運載系數達到國際先進水平，可以滿足200～900km軌道高度小衛星“一箭一星”及“一箭多星”組網發射需求，為全球微小衛星提供了一種更加安全、靈活、經濟、迅速的發射服務。另外，通過商業化運營模式以及低成本設計技術，創新配套管理模式及扁平化設計流程，有效降低火箭研制成本，單發價格不超過2500萬元，目標發射費用為2萬～3萬美元/千克，具備國內外小衛星發射市場競爭力。將國內外部分同等規模火箭主要指標進行對比，捷龍一號無論是運載效率還是發射成本都具有一定優勢。

6 后續研制計劃

捷龍一號將按照“三步走”戰略逐步開展研制和運營：第一步，從2018年研制啟動到2019年8月，完成首飛任務1發，創新商業、研發、運營模式；第二步，從2019年1月到2020年12月，完成研制批任務5發、1.4m直徑衛星艙方案設計和飛行驗證，具備在國內主要發射場實施發射的能力；第三步，從2021年起，進入成熟批任務階段，每10發一批，實現批量發射能力。