捷龍三號飛天,創下多個首次

樊巍 王偉童

12月9日下午，由中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院（以下簡稱“火箭院”）抓總研制的捷龍三號運載火箭在黃海海域成功發射，將14顆衛星準確送入預定軌道。值得注意的是，此次發射任務是捷龍三號運載火箭首次飛行，也是中國首次在海上實施運載火箭熱發射。捷龍三號首飛任務的圓滿成功，進一步完善了我國運載火箭型譜，還填補了中國海上熱發射的技術空白。

一臺筆記本電腦完成“一鍵式發射”

《環球時報》記者9日從火箭院了解到，捷龍三號運載火箭采用四級固體發動機串聯布局，總長約31米，箭體最大直徑米，最小直徑2米，總質量約140噸。火箭的一級發動機由航天科技集團四院研制，裝藥量達71噸，推力達到200噸。該型發動機也是目前國內裝藥量最多、推力最大的高性能纖維纏繞復合材料殼體整體式固體發動機。

火箭院捷龍三號火箭總設計師管洪仁介紹，捷龍三號具有運載能力強、整流罩包絡空間大、發射方式多樣化、丁發射效率高等特點，在研制過程中填補了中國航天多項空白。捷龍三號在500公里太陽同步軌道運載能力達8噸，具有滿足主流中小衛星組網發射的能力。該型火箭擁有直徑548米和米兩種構型整流罩，能夠與多種星箭接口適配，滿足多種衛星安裝要求。為完成此次“一箭14星”任務，研制隊伍采用了直徑548米整流罩，相比同規模固體運載火箭可以給衛星更舒適的空間。

在整流罩能容納更多衛星的同時，火箭需要面對衛星“體重”不斷攀升帶來的新情況。通常，火箭的運載能力是相對固定的，如果搭載的衛星不斷增多，火箭只能自身不斷“減重”，將“運力”節省出來“讓給”衛星。“輕結構”火箭發射“重載荷”衛星非常有挑戰性。火箭“頭部”變大，也帶來空氣動力學參數設計、飛行姿態控制設計、飛行環境設計等難題。但火箭研制隊伍首次挖掘出整流罩中“倒錐段”的可用包絡空間，打造出我國目前整流罩包絡空間最大的新型商業固體運載火箭。

此外，-捷龍三號沒有復雜的測發設備，只用一臺筆記本電腦、一個鼠標。隨著發射口令下達，鼠標輕輕一點，捷龍三號火箭便從海上沖天而起。

據《環球時報》記者了解，這種“一鍵式發射”的實現要歸功于研制團隊打造的一體化測發指揮系統。這種一體化設計，前端發射船部署發射控制艙，后端保障船部署一體化指揮控制艙，兩艙之間采用無線通信方式，完成對火箭的測試發射控制。火箭研制團隊用5臺筆記本電腦，就完成了火箭從測試到發射所有環節的控制，包括流程的控制、數據的顯示、判斷和監控以及對故障的實時診斷。作為一款主要面向大型星座組網市場的火箭，捷龍三號充分發揮固體火箭生產制造及發射一體化優勢，單發火箭從星箭對接到發射不超過一周，可實現一周一發的高頻次發射。

“海上熱發射是世界級難題”

海上發射航落區安全性好、發射軌道靈活、發射效率高的優勢此前已通過長征十一號運載火箭的成熟應用得到檢驗。然而長征十一號采用的是冷發射方式，捷龍三號運載火箭的首飛成功，不僅進一步完善我國運載火箭型譜，還實現了中國運載火箭從海上冷發射到海上熱發射的跨越，填補了國內技術空白。

據專家介紹，冷熱發射的區別在于點火的一瞬間。冷發射是利用彈射器把火箭彈射到空中再點火，它的優點是盡最大可能保護發射平臺，但發射能力有限，熱發射則是發動機點火后直接將火箭推出發射架。由于箭體規模增大，捷龍三號火箭創新性地采用了框式導向海上熱發射方案，攻克了待發穩定性、離架安全性、燃氣流排導和熱防護設計等技術難題，在確保發射安全性前提下，有效縮短發射流程、降低發射成本。

“海上熱發射是世界級難題，放眼國際航天，成功案例少之又少，”火箭院捷龍三號火箭型號地面總體副主任設計師王暉介紹稱，相較于冷發射，采用熱發射的火箭起飛速度較慢，發射可控性、安全性受到海況影響更大。實現火箭穩定的垂直待發和可控的安全飛行是首要難題。據了解，由于面臨復雜海況，火箭在起豎過程中容易出現偏載、在垂直待發階段可能出現傾覆、在飛行初期會出現姿態不易控制等情況。為此，研制團隊花費半年時間參考國外海上發射技術，論證了多個總體技術方案，進行大量仿真計算。最終完成了中國固體運載火箭從冷發射到熱發射的跨越。

管洪仁表示，未來研制隊伍還將積極探索液體火箭海上安射能力，真正實現“冷熱兼備”“固液兼容”“固定+機動”“一次出海多次發射”等更加完備的海上發射能力。

此外，山東東方航天港正在建設更加專業的海上發射船,力爭實現一次出海多次發射。其還并行論證海上固定發射平臺，持續降低海上發射對火箭的要求，通過固定+機動模式,大幅提高海上發射的經濟性和靈活性。

即將研制捷龍四號

作為面向未來衛屋星座快速組網發射需求而打造的一款商業固體運載火箭，捷龍三號具有經濟性好、履約周期短、發射效率高等優勢。據了解，捷龍三號火箭采用技術經濟一體化設計思路，以成本為第一約束條件研制，是目前國內綜合成本最優的運載火箭。

管洪仁介紹稱，未來將持續開展捷龍三號火箭的優化升級工作，比如結構減重以提升運載能力、更換液體上面級以提高發射適應性、采用新型500噸級固體發動機研制捷龍四號火箭。

據《環球時報》記者了解，捷龍四號能將500公里太陽同步軌道運載能力提升到噸，通過固體發動機的模塊化組合、箭上電氣系統和地面測發控系統的統型等措施，可有效降低火箭研制成本，降低單發成本，增強市場競爭力，為中國商業衛星市場提供更加優質、廉價的發射服務。后續，為實現批量化生產的目標，還將開啟山東海陽總裝測試廠房二期工程建設，計劃在2023年底達到年產20發火箭的生產能力和3發火箭的周轉貯存能力。▲