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全球最大的“力箭一号”成功发射比东风41还大、还重

发布时间:2022-09-09 06:18:40 | 来源:亚博体彩APP 作者:亚博体彩官网手机版     
  

  北京时间2022年7月27日中午12时12分,由中国科学院自主研制的“力箭一号”全固体运载火箭,在酒泉卫星发射中心成功发射,这不仅是我国固体运载火箭领域的一次全新突破,更是我国民用商业航天发射的又一大选择优势。

  作为中科院自主研制的新一代全固体运载火箭,力箭一号不仅是一枚全固体四级运载火箭,同时此次成功发射,也意味着力箭一号将成为我国起飞推力最大、运载力最强的全固体运载火箭。该火箭全长30米、芯级直径2.65米,最大起飞推力200吨级,最大起飞重量135吨,500公里太阳同步轨道运载力高达1.5吨。

  而作为对比,我国现役全固体弹道导弹中,东风41洲际导弹起飞重量最大、射程最远、投掷重量最大,但是放在力箭一号面前仍然是个小弟弟。比如根据公开资料表明,东风41洲际导弹虽然最大射程超过1.4万千米,但是其弹体总长不过16.5米,弹体直径2.2米,发射重量不过55吨,可以说无论是在长度、直径还是发射重量等多方面,刚刚发射成功的力箭一号都全面超越东风41洲际导弹。

  其实这几年我国在全固体运载火箭发射领域,已经算是全面开花了,比如国家队的快舟系列运载火箭,短短几年时间已经先后完成了十几次航天发射任务,并且先后实现了一箭多星的发射方式。

  但是熟悉的人都知道,快舟一号运载火箭虽然也是全固体运载火箭,但是其很可能是基于军用落选型号衍生而来的“民”版本。虽然这种出身方式有着利用率高、研发成本低的优势,但也自身存在着发射载荷小、内部空间小的双重缺点(快舟一号采用热发射方式,本身运载力就不高,起飞重量30吨,500公里太阳同步轨道运载力只有500千克,而且因为弹体直径只有1.4米,导致其难以实现一箭十几星发射任务)。

  近几年民用商业航天发射市场早已是非常繁荣,但不同于主流运载火箭发射的都是一些重量几吨重的大型卫星或者航天器的是,民用商业航天市场主流的都是一些重量只有几十、几百千克、且体积都不大的“微型或者纳米卫星”,所以对于传统的运载火箭而言,如果直接用于发射这些商业纳米卫星,反而会存在“杀鸡焉用牛刀”、“大材小用”的现状,所以这也是越来越多专攻民用商业运载火箭如雨后春笋一般出现的原因所在。

  不同于传统运载火箭为了提升运载力,普遍使用比冲更高液体火箭发动机的是,民用商业运载火箭普遍为了降低成本,大部分都选择了结构简单、成本更低的固体运载火箭。但现阶段国内大部分全固体运载火箭虽然有着低成本、高可靠性、高入轨精度的发射优势,但不管是快舟一号、还是长征11号、“捷龙”系列运载火箭,“谷神星一号”、“双曲线一号”、“朱雀一号”等各类民营火箭公司的固体商业火箭,普遍都存在着运载力小的缺点。

  所以这次中科院依托现有固体火箭技术,专为民用商业航天市场推出了具有“发射成本低、发射可靠性高、发射入轨精度高、发射载荷大”的力箭一号大型全固体运载火箭。其相比同级别的固体和液体运载火箭有着以下几大优势:一、传统的固体运载火箭因为燃料是直接浇注在燃烧室内的,所以固体火箭发动机一旦点火,就无法随时关机、而且因为固体燃料是一次性的所以也无法大范围调节推力大小。加之固体燃料的比冲相比液体燃料有着先天性差距,所以固体火箭虽然发射成本低、研制难度低,但是仍然在某些领域无法撼动液体运载火箭。

  所以为了突出全固体的力箭一号运载火箭发射载荷优势,力箭一号选择通过改变固体燃料燃烧面的方式实现推力大范围调节。因为固体燃料是直接浇注在燃烧室内部的,但是为了保证稳定燃烧,固体燃料内部雕刻有专门的引导喷射通道,所以通过不同形状的引导喷射通道结构,就能实现不同速度下的燃烧面积,继而实现不同速度下的推力大小调节。比如中科院为了控制力箭一号的推力大小调节,除了为其选择了推力更大的2.65米固体火箭发动机来产生更大推力外,同时还专门研制了一种能够配合燃烧面积、实现推力大小调节的调节锥,来根据飞行过程种的实际需求调节推力大小,继而实现类似液体火箭发动机的推力可调、燃烧时间长的作用优势。

  二、力箭一号和之前的快舟一号运载火箭一样,都属于工厂流水线产品,所以也就有着年产量30枚以上的发射优势。而这背后的主要原因就在于传统的运载火箭都属于定制化产品,基本上每一枚运载火箭都是根据所要发射的航天器从推力到整流罩专门定制的,这不仅存在着定制成本高、交付速度慢的缺点。同时也因为火箭本身属于高集成产品,不光自身复杂多样,同时附属设施也是种类繁多、且成本高昂。

  比如传统的液体运载火箭虽然有着发射载荷大、比冲高的优势,但是其相比固体火箭除了发射成本高、研制难度大等缺点外,还有一点就是其所需配套设施繁多,从专属的发射工位、到配套的转运塔、组合、测试厂房应有尽有,而这些都会增加液体火箭的发射成本和发射周期。

  所以像快舟一号、力箭一号等新一代的固体运载火箭,普遍都选择了TEL发射模式,也就是说火箭箭体在工厂流水线生产期间,就可以和汽车流水线一样,根据发射需求不同定制出“高中低配等不同类型的火箭出来,后面等发射的时候可以根据所要发射的航天器重量、体积选择不同配置的运载火箭本体。

  然后直接将其放置在通用化的TEL装置中,单体自主完成包括轮式运输、起竖、发射等一体化发射流程。像这次发射成功的力箭一号和此前的快舟一号运载火箭一样,火箭生产出来后,都是直接安装在专属的火箭TEL发射车上,然后将其开到设定好的发射空地发射即可,既不需要传统火箭的发射工位、也不需要检测厂房和燃料加注设施。

  三、力箭一号虽然现阶段只有200公里近地轨道2吨的发射载荷、500公里太阳同步轨道1.5吨的发射载荷,放在长征5号近地轨道25吨的载荷面前,就是个小弟弟。但是根据中科院的发射规划,力箭一号后续完全可以根据发射需求,实现CBC的通用芯一级火箭并联方式,来实现运载力的大幅提升。根据中科院公布的数据来看,刚发射成功的力箭一号就算是将现有的芯一级采用三芯级CBC并联,其500公里太阳同步轨道的运载力就能从现有的1.5吨提升到4吨水准,直接超越现役的长征四号乙丙两中型运载火箭。

  这样对于力箭一号而言,其不仅发射载荷将大幅提升,同时得益于其本身就天生具备的低成本优势,在成本上涨不是很大的前提下,运载力大幅提升也将使得力箭一号的单位发射成本大幅降低,继而提升其民用航天市场的发射竞争力。比如现阶段国内外主流的全固体运载火箭发射成本已经低至10--14万/千克,虽然这个发射成本相比液体火箭大幅降低,但是力箭一号未来通过这种并联方式提升运载力后,有望发射成本能够低至7万元/千克。

  所以此次力箭一号的成功发射不仅为我国民用商业航天发射市场提升了实力,多了一种全新选择,同时也为中国未来商业航天市场占据更多市场份额、赢得更多商业航天发射订单提供了先天优势。


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