航天科普:長征十一號運載火箭
長征十一號(代號:CZ-11/LM-11),是中國航天科技集團公司所屬中國運載火箭技術(shù)研究院研制的一型四級全固體運載火箭[1]。該火箭主要用于快速機動發(fā)射應(yīng)急衛(wèi)星,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。 長征十一號于2010年10月立項啟動研制;2015年9月25日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心首飛成功;2019年6月5日首次海上發(fā)射,以“一箭七星”方式,將七顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。 長征十一號作為中國長征系列第一型固體運載火箭,具有“快速、可靠、便捷、低廉”的優(yōu)勢,標(biāo)志著中國具備了微小衛(wèi)星快速組網(wǎng)能力,對快速進(jìn)入空間能力具有里程碑意義,有力促進(jìn)了中國小衛(wèi)星的規(guī)模化發(fā)展和應(yīng)用。 2022年4月30日11時30分,我國在東海海域使用長征十一號海射運載火箭發(fā)射吉林一號高分03D(04~07)/04A衛(wèi)星,衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道,發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。10月7日21時10分,長征十一海射運載火箭在海陽港附近海域,以“一箭雙星”方式發(fā)射微厘空間北斗低軌導(dǎo)航增強系統(tǒng)S5/S6試驗衛(wèi)星,衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道,發(fā)射取得圓滿成功。2023年3月15日19時41分,我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征十一號運載火箭,成功將試驗十九號衛(wèi)星發(fā)射升空,衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道,發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。 21世紀(jì)初,面對空間資源開發(fā)及競爭性商業(yè)航天發(fā)射需求,世界航天強國均擁有固體運載火箭系列。我國雖然研制了長征系列液體運載火箭,但在反應(yīng)快、可靠性高、操作簡便的固體運載火箭領(lǐng)域尚屬空白,需要突破。 小衛(wèi)星,通常為500千克以下的衛(wèi)星。我國現(xiàn)役的運載火箭中,尚缺乏發(fā)射小衛(wèi)星的經(jīng)濟型火箭。為應(yīng)對突發(fā)自然災(zāi)害等應(yīng)急型任務(wù)和滿足快速響應(yīng)航天的需要,實現(xiàn)24小時快速發(fā)射,都要求研制新型火箭。 捆綁大型固體助推器是世界各國構(gòu)建大型運載火箭、豐富運載火箭型譜的技術(shù)途徑。中國研制大型固體火箭,可發(fā)展出用于液體運載火箭的捆綁固體助推器,使整個長征系列運載火箭受益。 2010年10月,中國航天科技集團公司將長征十一號火箭作為內(nèi)部型號立項。在研制過程中,沒有采用新工藝、新材料甚至是新元器件,而是根據(jù)實際需要,將其他型號中性能合格、環(huán)境匹配、成熟度高的產(chǎn)品經(jīng)過嚴(yán)密論證審核,用到長征十一號火箭上。 2015年9月25日9點41分,長征十一號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功首飛,將搭載的浦江一號和另外3顆微小衛(wèi)星升空將4枚衛(wèi)星順利運送至預(yù)定軌道。 2019年6月5日12時06分,長征十一號H型海射運載火箭在黃海海域成功完成首次海上發(fā)射,將技術(shù)試驗衛(wèi)星捕風(fēng)一號A、B星及五顆商業(yè)衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道。 總設(shè)計師:彭昆雅 副總設(shè)計師:王健儒,動機部分負(fù)責(zé)人。 副總設(shè)計師:管洪仁,控制部分負(fù)責(zé)人。 伺服系統(tǒng)主任設(shè)計師:陳安平 總體主任設(shè)計師:嚴(yán)寶峰 總體副主任設(shè)計師:吳強 參試人員:劉佳佳 管理團隊 總指揮:楊毅強 副總指揮:金鑫 長征十一號火箭全長21米,總重量約57.7噸,箭體最大直徑2.0米,具有1.6米、2.0米兩種直徑整流罩構(gòu)型,起飛推力120噸,700千米太陽同步軌道運載能力可以達(dá)到350千克,低軌運載能力可達(dá)700千克。主要用于發(fā)射太陽同步軌道和近地軌道小型航天器,500公里太陽同步軌道運載能力為500千克。 全箭由一子級、二子級、三子級、上面級和衛(wèi)星整流罩等箭體結(jié)構(gòu)及箭上的推進(jìn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)與姿態(tài)控制系統(tǒng)等組成。 一、二級和二、三級之間的分離采用熱分離方式。 長征十一號采用國際通用星箭接口,可滿足不同任務(wù)載荷、不同軌道的多樣化發(fā)射需求。 長征十一號的動力系統(tǒng)由固體運載火箭、發(fā)射支持系統(tǒng)組成,一級采用我國推力最大的固體火箭發(fā)動機,具有可整體貯存、操作簡單、發(fā)射成本低、發(fā)射周期以小時計算的特點?;鸺患壈l(fā)動機其燃燒室裝藥量為中國固體發(fā)動機之最;采用的柔性噴管是我國尺寸最大的火箭發(fā)動機噴管。 固體火箭發(fā)動機研制由航天科技集團四院承擔(dān): 總指揮:張士林 總設(shè)計師:王健儒 四級發(fā)動機總體設(shè)計師:趙東民 設(shè)計師:張卓勛、賀向東、魏坤龍 設(shè)計參數(shù) ??長征十一號總體設(shè)計參數(shù) 項目 數(shù)據(jù) 火箭級數(shù) 四級 推進(jìn)劑 端羥基聚丁二烯(HTPB)復(fù)合固體推進(jìn)劑 火箭全長 20.8米 整流罩直徑 1.6/2.0米 最大直徑 2.0米 起飛質(zhì)量 57.6噸 起飛推力 120噸 SSO運載能力 350~400千克(700千米SSO:Sun-synchronous orbit,太陽同步軌道) LEO運載能力 700千克(LEO:Low Earth orbit,近地軌道) 收起 ??長征十一號一級火箭參數(shù) 項目 數(shù)據(jù) 直徑 2.0米 起飛質(zhì)量 39.8噸 推進(jìn)劑質(zhì)量 35噸 最大推力 1200卡牛 海平面比沖 248秒 工作時間 約72秒 殼體材料 鋼 收起 發(fā)射動態(tài) 發(fā)射記錄 ??長征十一號火箭發(fā)射記錄 序號 火箭編號 發(fā)射日期 載荷 發(fā)射軌道 發(fā)射地點 發(fā)射結(jié)果 備注 1 長征十一號遙一 2015年9月25日 浦江一號衛(wèi)星 三顆上科大二號衛(wèi)星 SSO 酒泉、機動發(fā)射陣地 成功 首飛;一箭四星[1][3] 2 長征十一號遙二 2016年11月10日 分離載荷: 脈沖星導(dǎo)航試驗衛(wèi)星、 長沙天儀瀟湘一號衛(wèi)星[25] 浙江利騅科技麗水一號立方星01星、兩顆微納衛(wèi)星皮納二號 不分離載荷: 科創(chuàng)KS試驗載荷(CAS-2T)[26]、豐臺少年一號暨少年夢想一號小衛(wèi)星 SSO 酒泉、機動發(fā)射陣地 成功 一箭五星;首次探索了民營衛(wèi)星商業(yè)搭載的發(fā)射模式[27] 3 長征十一號遙三 2018年1月19日 吉林一號視頻07星(德清一號)[28]、吉林一號視頻08星(林業(yè)二號)、淮安號恩來星(淮安號2U立方體微納衛(wèi)星)、天儀瀟湘新區(qū)號微納衛(wèi)星(長沙天儀瀟湘二號衛(wèi)星)、天儀亦莊·全圖通一號新體制應(yīng)急救援技術(shù)試驗衛(wèi)星[29]、(長沙天儀瀟湘六號衛(wèi)星)、加拿大開普勒通信公司KIPP衛(wèi)星(開普勒一號3U立方體衛(wèi)星)[30] SSO 酒泉、機動發(fā)射陣地 成功 一箭六星;[30] 首發(fā)運力提升型號; 首次全商業(yè)發(fā)射[31] 4 長征十一號遙四 2018年4月26日 珠海一號02組五顆衛(wèi)星[32] (第二代亞米級視頻衛(wèi)星+高光譜01/02/03/04星) (OVS-2+OHS-01/02/03/04) (高光譜01星即青科大一號衛(wèi)星) (高光譜03星即貴陽一號衛(wèi)星) SSO 酒泉、機動發(fā)射陣地 成功 中 W 我國星座組網(wǎng),同一軌道面發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量最多的一次發(fā)射 5 長征十一號遙五 2018年12月22日 虹云工程技術(shù)驗證衛(wèi)星 (虹云·武漢號) SSO 酒泉、機動發(fā)射陣地 成功 航天科工虹云工程首發(fā)星; 首顆低軌寬帶通信技術(shù)試驗衛(wèi)星 6 長征十一號遙六 2019年1月21日 吉林一號光譜01/02星、 天儀瀟湘一號03星、零重空間靈鵲遙感星座首顆技術(shù)驗證星 SSO 酒泉、機動發(fā)射陣地 成功 一箭四星 7 長征十一號H-WEY SSO 2019年6月5日 捕風(fēng)一號A/B衛(wèi)星、中電網(wǎng)通一號A/B衛(wèi)星、吉林一號高分03A衛(wèi)星、天啟三號衛(wèi)星、瀟湘一號04 黃海海域 海上發(fā)射平臺 發(fā)射 成功 中國首次海上發(fā)射 8 長征十一號遙七 2019年9月19日 珠海一號03組衛(wèi)星 SSO 酒泉、機動發(fā)射陣地 成功 03組5顆衛(wèi)星,包括1顆視頻衛(wèi)星和4顆高光譜衛(wèi)星 9 長征十一號遙八 2020年5月30日 新技術(shù)試驗衛(wèi)星G星、H星 - 西昌衛(wèi)星發(fā)射中心 成功 首次西昌火箭發(fā)射;首次采用2米整流罩、設(shè)計內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)、采用新信息化發(fā)射平臺 10 長征十一號H 2020年9月15日 吉林一號高分03-1組衛(wèi)星(3顆視頻成像衛(wèi)星,6顆推掃成像模式衛(wèi)星) - 黃海海域發(fā)射 成功 一箭九星、第二次海上發(fā)射 11 長征十一號遙九 2020年12月10日4時14分 引力波暴高能電磁對應(yīng)體全天監(jiān)測器衛(wèi)星 - 西昌衛(wèi)星發(fā)射中心 成功 一箭雙星發(fā)射功[7] 12 長征十一號海射遙三 2022年4月30日11時30分 吉林一號高分03D(04~07)/04A衛(wèi)星[47] - 東海海域 成功 一箭多星發(fā)射 13 長征十一號 2022年10月7日21點10分 “微厘空間低軌衛(wèi)星導(dǎo)航增強系統(tǒng)”S5/S6試驗衛(wèi)星 - 山東海陽市東方航天港 成功 一箭雙星 14 長征十一號 2022年12月16日14時17分 試驗二十一號衛(wèi)星[52] - 西昌衛(wèi)星發(fā)射中心 成功 該衛(wèi)星主要用于開展空間新技術(shù)在軌驗證試驗。 15 長征十一號 2023年3月15日19時41分 試驗十九號衛(wèi)星 2020年12月10日4時14分,中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征十一號遙九固體運載火箭將引力波暴高能電磁對應(yīng)體全天監(jiān)測器衛(wèi)星發(fā)射升空,衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道,發(fā)射任務(wù)取得成功。 2022年4月30日11時30分,中國在東海海域使用長征十一號海射遙三火箭發(fā)射吉林一號高分03D(04~07)/04A衛(wèi)星,衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道,發(fā)射任務(wù)獲得成功。該衛(wèi)星主要為國土資源普查、城市規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測等行業(yè)領(lǐng)域提供商業(yè)遙感服務(wù)。 2022年10月7日21點10分,長征十一號固體運載火箭在山東海陽市東方航天港點火升空,以“一箭雙星”方式,將“微厘空間低軌衛(wèi)星導(dǎo)航增強系統(tǒng)”S5/S6試驗衛(wèi)星送入預(yù)定軌道,發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。 北京時間2023年3月15日19時41分,中國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征十一號運載火箭,成功將試驗十九號衛(wèi)星發(fā)射升空,衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道,發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。本次發(fā)射任務(wù)火箭采用的是2.0米直徑整流罩。 自首飛以來,長十一火箭連續(xù)取得12次陸地發(fā)射和4次海上發(fā)射任務(wù)的圓滿成功,火箭技術(shù)狀態(tài)成熟,具備年10發(fā)生產(chǎn)能力。系列型號 長征十一號H 長征十一號H海射運載火箭是中國航天科技集團公司為適應(yīng)海上發(fā)射需要,在長征十一號基礎(chǔ)上改進(jìn)研制的新型火箭。 2019年,長征十一號H火箭海上發(fā)射技術(shù)試驗獲得國家國防科工局正式立項。 長征十一號H以民船為發(fā)射平臺,探索了海上發(fā)射管理模式,驗證了海上發(fā)射能力。運載火箭海上發(fā)射具有靈活性強、任務(wù)適應(yīng)性好、發(fā)射經(jīng)濟性優(yōu)等特點,可通過靈活選擇發(fā)射點和航落區(qū),滿足各種軌道有效載荷發(fā)射需求。 2019年6月5日,長征十一號H海射運載火箭在我國黃海海域首飛成功。 長征十一號甲 長征十一號甲運載火箭是中國航天科技集團公司在長征十一號基礎(chǔ)上,改進(jìn)研制的新型火箭。長征十一甲固體運載火箭,其低軌運載能力達(dá)2噸,起飛推力達(dá)200噸,性價比得到大幅提升。長十一甲固體運載火箭研制成功后,將進(jìn)一步完善長征系列新一代運載火箭的運載能力梯隊,帶動我國固體動力技術(shù)創(chuàng)新,推動商業(yè)航天發(fā)展。 商業(yè)一型 長征十一號商業(yè)一型將火箭一級外殼材料由鋼換為碳纖維,并將一級發(fā)動機海平面比沖由248秒提高到252秒,進(jìn)一步提高了火箭性能,700千米SSO運載能力提高到500千克。火箭可采用陸基或?;依錈峒嫒莸亩喾N發(fā)射方式。長征十一號商業(yè)一型火箭于2018年首飛。 商業(yè)二型 長征十一號商業(yè)二型是我國第一型按低成本目標(biāo)設(shè)計、生產(chǎn)、運營的火箭。中國運載火箭技術(shù)研究院在商業(yè)一型的基礎(chǔ)上,將火箭一級直徑拓展到2.5米,增大了一級的裝藥量,延長了一級的燃燒時間。同時通過單機集成,實現(xiàn)箭上電器一體化。該型火箭能覆蓋絕大多數(shù)低軌衛(wèi)星發(fā)射需求?;鸺痫w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700千米SSO運載能力提高到1.5噸,火箭采用簡易臺架熱發(fā)射的發(fā)射方式。長征十一號商業(yè)二型火箭于2019年首飛。 長征十一號沒有采用常規(guī)火箭的金屬框和金屬桁條結(jié)構(gòu)整流罩,而由航天材料及工藝研究所研制了全碳纖維增強復(fù)合材料整流罩,新整流罩不僅剛度和強度大,重量也輕。新整流罩分成兩個半罩生產(chǎn),為錐柱一體的結(jié)構(gòu),能承受各種復(fù)雜外力作用,相比于液體火箭部段組合的方式,生產(chǎn)精度提高一倍。 長征十一號火箭的熱環(huán)境更嚴(yán)酷,綜合環(huán)境適應(yīng)性要求更高,采用兼顧熱、力、介質(zhì)、施工等環(huán)境適應(yīng)性的防熱涂層,實現(xiàn)了整流罩涂層的大面積變厚度連續(xù)自動化噴涂和均勻性控制,涂層減重20%,在保證熱防護(hù)效能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低了結(jié)構(gòu)重量,使火箭運載能力提高了20%。 長征十一號除了24小時內(nèi)可完成發(fā)射準(zhǔn)備外,還具備全天候、無依托發(fā)射的能力,不需要專門的火箭發(fā)射場、勤務(wù)塔、臍帶塔和導(dǎo)流槽等專門設(shè)施,連發(fā)射臺都不需要,只需一片平地就可以發(fā)射。為了具備無依托發(fā)射能力,長征十一號采用能夠自主移動并完成測試準(zhǔn)備的發(fā)射平臺。 國際上對近赤道、低傾角衛(wèi)星的需求旺盛,發(fā)射這類衛(wèi)星,離赤道越近,運載能力損失越小,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,成為許多航天強國爭相開發(fā)的一種發(fā)射模式。針對國際商業(yè)用戶的需求。我國采用長征十一號在2019年推出海上低傾角發(fā)射服務(wù)。海上發(fā)射對火箭的性能提出了更高的要求:大洋之中補給能力有限,火箭的測試發(fā)射工作應(yīng)力求簡潔;在發(fā)射時,還要面對海面的晃動和高溫?zé)崃鞯囊龑?dǎo)等問題,需要運載火箭采用合適的控制與發(fā)射方式 中國運載火箭技術(shù)研究院采用萬噸級民用貨輪改造成海上發(fā)射平臺。在常規(guī)發(fā)射任務(wù)中,火箭的控制和監(jiān)測信號通過有線通信系統(tǒng)傳輸,而在海射任務(wù)中,只能通過無線傳輸形式來實現(xiàn),長征十一號(CZ-11 )為中國首枚采用無線測發(fā)控技術(shù)實施發(fā)射的火箭。以往火箭的飛行安全控制需要地面人員監(jiān)測和控制,長征十一號則是由火箭自身根據(jù)飛行情況,實時自主判斷,中國火箭首次實現(xiàn)自主安全控制。 長征十一號火箭海上發(fā)射,首次以箭星組合體形式整體出廠,由總裝廠經(jīng)鐵路、公路運輸至港口,到達(dá)港口后僅用2、3天測試準(zhǔn)備隨即登船,航行到指定海域后可隨時發(fā)射。 長征十一號研制成功,標(biāo)志著中國在固體運載火箭領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破,對于完善中國運載火箭型譜、提升進(jìn)入空間能力,具有重要意義?;鸺蓾M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)了中國小衛(wèi)星的規(guī)模化發(fā)展與應(yīng)用。 長征十一號突破了大型固體火箭發(fā)動機(120噸級)、快速測試發(fā)射(從準(zhǔn)備到發(fā)射在24小時以內(nèi))、衛(wèi)星環(huán)境綜合保障等關(guān)鍵技術(shù),首次實現(xiàn)了運載火箭的全箭整體儲存、星箭快速對接、環(huán)境自主保障、高效快速發(fā)射,具備全天候數(shù)小時內(nèi)完成發(fā)射的能力。作為我國長征系列火箭家族第一型固體運載火箭,長征十一號有“快速、可靠、便捷、低廉”的優(yōu)勢,能滿足自然災(zāi)害、突發(fā)事件等應(yīng)急情況下微小衛(wèi)星發(fā)射需求。因使用標(biāo)準(zhǔn)的星箭接口,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。 長征十一號運載火箭創(chuàng)造11項第一: 長征十一號遙四箭 第一型國家立項的固體運載火箭; 第一型實現(xiàn)小時級發(fā)射的運載火箭; 第一型具備機動發(fā)射能力的運載火箭; 第一型具備長期貯存能力的運載火箭; 第一型可無依托發(fā)射的運載火箭; 第一型適應(yīng)復(fù)雜發(fā)射環(huán)境的運載火箭; 第一型具備實用運載能力的固體運載火箭; 第一型適合小衛(wèi)星快速發(fā)射的運載火箭; 第一型四級全固體運載火箭; 第一型向外國衛(wèi)星提供搭載服務(wù)的固體運載火箭; 我國規(guī)模最大的固體運載火箭。