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快舟十一飞天!火箭运载系数世界领先,湖北商业航天再添“利器”

发布时间:2022年12月07日10:59 来源: 湖北日报

“湖北造”火箭再次创造历史。

12月7日9时15分,快舟十一号固体运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。

航天三江八年磨一“箭”,快舟系列固体运载火箭家族的重要成员——快舟十一号跻身我国“太空快递员”行列。

“此次发射成功,标志着快舟运载火箭已初具型谱化格局,有力提升低成本快速进入空间能力,对我国固体运载火箭航天运输系统快速发展意义深远。”航天三江党委书记、董事长冯杰鸿说。

全箭采用碳纤维复合材料,火箭运载系数遥遥领先

“快舟十一号的运载能力是快舟一号甲的5倍,运力的提升,为我国日益增长的卫星组网需要提供了很好的平台。”12月6日,快舟十一号固体运载火箭发射前夕,总设计师梁纪秋接受湖北日报全媒记者专访时说。

早在2012年,航天三江便成功完成快舟一号固体运载火箭的方案飞行试验。目前该型火箭已完成18次飞行任务,保持常态化发射。

为进一步提升我国快速进入空间的能力,航天三江2014年开始快舟十一号的科研攻关。

“走创新之路,在自主研发中攻关核心和关键技术,快舟火箭才能脱颖而出。”研制之初,梁纪秋对研发团队提出要求。

团队创新采用高载荷比快速发射运载火箭总体设计方案。为了提升火箭的载荷比,研发团队在箭体重量上想办法,使火箭本身足够轻。

“过去固体发动机的外壳,通常由金属合金材料制造,壳体非常重。”副总设计师陈腾芳说,队员们绞尽脑汁,每“克”必争,进行结构优化、材料筛选和实物验证,最终采用碳纤维复合材料对箭体主结构进行轻量化设计。

“碳纤维密度小、强度大,极大减轻箭体重量的同时,还能装载更多固体燃料,提高火箭运载能力。”梁纪秋说。

同时,团队尽可能摸清火箭设计偏差量,探明火箭设计余量,能减则减,火箭载荷比有了大幅提升。

“同等运力的火箭起飞重量约100吨左右,快舟十一号尽可能‘瘦身’,最终将重量压缩到80吨以内。”梁纪秋说,“瘦身”不仅有利于减少火箭进场、测试等发射流程所需的时间,还能提高火箭运载系数。

自主研发+市场参与,最大程度实现降本增效

与起飞质量约30吨的快舟一号甲相比,快舟十一号是个“大个子”,其直径2.2米,全长25米,起飞质量为78吨。

“大个子”要有大力气,就要大推力的发动机。

“火箭发动机推力越大,体积就越大,研发难度也更大。”梁纪秋说。

2018年,在首次地面点火试验时,火箭的固体发动机发生爆炸。

当晚,团队召开紧急会议,列举所有可能的故障。通过大量仿真和试验工作,一项一项验证、排除,找到失败原因,解决技术难点。

“通过一次发射,将卫星送入不同高度预定轨道,为多用户服务,可大大降低发射成本。”梁纪秋说。

梁纪秋提出高载荷比快速发射运载火箭总体设计技术,在快舟十一号上采用“三级固体动力+末级液体动力”的总体方案,充分融合固体动力和液体动力的优势,实现火箭总体优化设计。

快舟十一号要实现多用户服务能力,必须靠末级液体动力,而液体姿控动力系统是研制路上又一“拦路虎”。

为了实现最大程度地降本增效,研制团队联合外协厂家进行自主研发。

梁纪秋说,液体姿控动力系统的试验一波三折,经历了“首次失败后成功、随后又失败再成功”的5年曲折过程,终于抽检试车成功。

在研发过程中,航天三江探索采用社会化的发展模式,开创了“航天质量管理+灵活响应市场”的“快舟模式”,不仅提高了资源配置效率,降低了产品生产成本,还提高了研发组织效率,缩短了产品生产周期。

“快舟十一号能做到每公斤1万美元以下,订单多的情况下,甚至可以做到6000美元以下。”梁纪秋介绍,在国际发射中,火箭搭载每公斤载荷价格为2万美元左右,快舟系列火箭的性价比极高。

“商业航天发射服务,性价比是关键,我们面向市场,择优选取合作对象,自主性更强。通过批量化发射,货架式场景的采购,今后成本还有下降空间。”梁纪秋说。

谋划卫星组网,加速构建航天产业生态圈

火箭体积、重量大,车载机动发射历经的工况复杂,如何保证快舟之“快”?

研发团队通过对现有测发控系统进行一体化设计、运载火箭全系统智能测试网络设计和发射流程优化整合,攻克大吨位车载机动发射技术,实现“一车一箭”无依托机动“一键式”快速测试发射。

“车载机动发射摆脱对固定塔架的依赖,降低了对发射场的保障需求。”梁纪秋说,单发火箭发射准备周期由传统“周天级”缩减至“小时级”,同等运力运载火箭中,快舟十一号快速响应速度世界领先。

此次发射的行云交通VDES试验星“航天金租1号”,由航天行云科技有限公司抓总研制。VDES系统建成后将为海事领域的水上应急通信、安全监管、主权维护等提供保障,进一步助力我国交通强国、海洋强国建设。

如今,各国争先布局卫星组网,太空中在轨运行的卫星已近5000颗。我国在轨卫星数量占比、卫星市场占比都低于全球平均水平,未来提升空间巨大。

根据华经产业研究院数据,2021年中国卫星互联网产业规模约为292.5亿元,预计2025年将升至446.92亿元,2021-2025年复合增长率为11.2%。

2020年4月,我国首次把卫星互联网纳入“新基建”范围,开启卫星互联网新时代。《“十四五”数字经济发展规划》提出,积极稳妥推进空间信息基础设施演进升级,加快布局卫星通信网络等,推动卫星互联网建设。

省委军民融合办副主任袁善谋介绍,我省依托航天科工、航天科技在鄂单位,航天产业链较为完整,形成具备国内竞争力的产业基础,围绕流域综合治理,我省正谋划建设由120颗卫星组网的湖北商业遥感卫星星座。

“我省将加强与国内优质航天资源协同,加大政策扶持力度,吸引优势企业在鄂投资,加速构建航天产业生态圈,力争将航天产业打造成为带动我省经济增长的重要引擎,为实现航天强国目标贡献更多力量。”袁善谋说。

(湖北日报全媒记者 许旷 通讯员 谭青海 刘文鑫 谭文杰)

【责任编辑:王会】

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