1月11日13時(shí)30分，在山東海陽附近海域的東方航天港號(hào)發(fā)射與回收多功能船上，東方空間技術(shù)（山東）有限公司自主研制的引力一號(hào)遙一商業(yè)運(yùn)載火箭由太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，隨后將云遙一號(hào)18~20星共3顆衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。
引力一號(hào)火箭是三級(jí)半構(gòu)型全固體捆綁運(yùn)載火箭，是迄今全球最大固體運(yùn)載火箭、中國運(yùn)力最大的民營商業(yè)火箭，也是中國首型捆綁式民商火箭。其起飛重量405噸，起飛推力600噸，近地軌道運(yùn)載能力6.5噸，500公里太陽同步軌道運(yùn)載能力4.2噸。它可支持百公斤級(jí)衛(wèi)星“一箭30星”發(fā)射，滿足中低軌衛(wèi)星批量組網(wǎng)發(fā)射和中大型航天載荷快速響應(yīng)發(fā)射需求，設(shè)計(jì)具備24小時(shí)快速應(yīng)急發(fā)射能力。
引力一號(hào)首飛成功，標(biāo)志著我國商業(yè)運(yùn)載火箭自主創(chuàng)新取得重大進(jìn)展，有力提升了我國中低軌衛(wèi)星多樣化、規(guī)模化發(fā)射能力，進(jìn)一步豐富了我國運(yùn)載火箭型譜。
此次引力一號(hào)發(fā)射使用的整流罩是迄今國內(nèi)民商火箭最大整流罩，直徑達(dá)4.2米，高9米多，與我國用于空間站運(yùn)輸?shù)拈L征七號(hào)火箭載貨方案整流罩直徑相當(dāng)，可以容納更多、更大體積的衛(wèi)星。
三年奮戰(zhàn) 攻關(guān)破難題
引力一號(hào)火箭高度約30米，芯級(jí)和助推器直徑同為2.65米。作為國內(nèi)首個(gè)捆綁構(gòu)型的民商火箭，引力一號(hào)用小型火箭的身高實(shí)現(xiàn)了中型火箭的運(yùn)載能力，同時(shí)適應(yīng)了海上發(fā)射需求。火箭配套的4型7枚固體大推力發(fā)動(dòng)機(jī)均由航天科技集團(tuán)四院研制，其中助推級(jí)、芯一級(jí)、芯二級(jí)為直徑2.6米發(fā)動(dòng)機(jī)，芯三級(jí)為該火箭高精度上面級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)。
引力一號(hào)火箭采用捆綁構(gòu)型，方案設(shè)計(jì)復(fù)雜度、專業(yè)耦合度、系統(tǒng)協(xié)同能力要求更高：一方面，由于助推器分離高度低，火箭飛行中會(huì)受到更嚴(yán)酷的氣動(dòng)影響，必須做好氣動(dòng)、載荷、控制、分離等專業(yè)深度耦合設(shè)計(jì)；另一方面，固體發(fā)動(dòng)機(jī)只能在耗盡燃料后關(guān)機(jī)，且不同發(fā)動(dòng)機(jī)工作不同步，在幾百毫秒的分離過程中，控制力和全箭參數(shù)會(huì)產(chǎn)生劇烈變化，給穩(wěn)定控制及可靠分離帶來了巨大挑戰(zhàn)。
中型捆綁火箭在專業(yè)耦合程度、大型殼段生產(chǎn)乃至日常使用流程及保障方面，都與小型火箭迥然不同。“引力一號(hào)火箭注重系統(tǒng)創(chuàng)新、單元可靠：通過2.65米級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)模塊化、組合化捆綁設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)載能力的跨越；通過飛行時(shí)序優(yōu)化，解決了固體助推器不同步導(dǎo)致的分離難題，有效保證助推器分離過程及控制的可靠性；通過構(gòu)型優(yōu)化，大幅降低‘三垂發(fā)射’模式保障要求，提高了地面使用過程的可靠性和安全性。”東方空間聯(lián)席CEO、引力一號(hào)總設(shè)計(jì)師兼總指揮布向偉說。
東方空間聯(lián)席CEO姚頌介紹，引力一號(hào)研制團(tuán)隊(duì)約100人，骨干成員履歷和工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富。自2021年3月立項(xiàng)以來，團(tuán)隊(duì)發(fā)揚(yáng)航天人特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗的作風(fēng)，高效開展研制工作，3年左右的時(shí)間里攻克了海陸通用中型運(yùn)載火箭總體設(shè)計(jì)及試驗(yàn)技術(shù)、捆綁固體運(yùn)載火箭多學(xué)科耦合優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、批量化—低成本—大承載中大型火箭結(jié)構(gòu)及裝置設(shè)計(jì)及制造技術(shù)、中型運(yùn)載火箭多模快速響應(yīng)發(fā)射技術(shù)四大關(guān)鍵技術(shù)群、17項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，開展了23項(xiàng)大型地面試驗(yàn)、489項(xiàng)單項(xiàng)試驗(yàn)、1452次試驗(yàn)迭代。
姚頌舉例說，火箭助推器和芯級(jí)的連接處面積只有一面A4紙大小，卻要承受約200噸的推力，它不僅要堅(jiān)固，還要簡單，該分離時(shí)動(dòng)作干凈利落，這其中充分體現(xiàn)了技術(shù)含金量。
布局海陽 “出廠即進(jìn)場”
“三垂”的測發(fā)模式，此前長征二號(hào)F和長征五號(hào)火箭等采用過，其優(yōu)勢就是讓火箭和載荷在最短的時(shí)間內(nèi)完成總裝、測試、轉(zhuǎn)運(yùn)和發(fā)射等工作，提高發(fā)射效率和成功率，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。
作為首型海上發(fā)射的捆綁構(gòu)型火箭，引力一號(hào)火箭創(chuàng)新采用了適應(yīng)公路運(yùn)輸?shù)撵`活機(jī)動(dòng)的垂直轉(zhuǎn)運(yùn)模式，攻克了適應(yīng)海上晃動(dòng)環(huán)境的垂直轉(zhuǎn)載和垂直測試等技術(shù)難題，在我國首次實(shí)現(xiàn)海上發(fā)射“三垂”測發(fā)模式。
東方空間首席運(yùn)營官魏凱介紹，早在成立之初，公司便瞄準(zhǔn)建設(shè)規(guī)模化、便捷化、低成本的發(fā)射服務(wù)模式，助力我國快速進(jìn)入空間的能力提升。海上發(fā)射具備任務(wù)適應(yīng)性比較強(qiáng)、發(fā)射安全性高、發(fā)射頻次提升潛力大的特點(diǎn)，長征十一號(hào)、捷龍三號(hào)、谷神星一號(hào)等火箭均實(shí)現(xiàn)海上發(fā)射。
引力一號(hào)火箭攻克了海陸通用中型火箭構(gòu)型優(yōu)化、中型捆綁火箭動(dòng)基座垂直發(fā)射載荷精細(xì)化辨識(shí)、海上熱發(fā)射動(dòng)基座瞄準(zhǔn)等技術(shù)難關(guān)，在40千瓦大功率機(jī)電伺服、大擴(kuò)張比大推力固體發(fā)動(dòng)機(jī)、大推力多噴管復(fù)雜底部力熱環(huán)境預(yù)示及熱防護(hù)等技術(shù)領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)國內(nèi)突破。結(jié)合一站式發(fā)射體系優(yōu)勢，引力一號(hào)火箭可以采用“半整箭貯存”方式，形成能力儲(chǔ)備，最快可在24小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急發(fā)射。
魏凱說，此次引力一號(hào)成功首飛，使我國海上發(fā)射能力進(jìn)一步提高，也填補(bǔ)了捆綁型固體運(yùn)載火箭海上發(fā)射的技術(shù)空白。東方空間全力推動(dòng)海上發(fā)射基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，位于山東海陽的測試中心未來達(dá)產(chǎn)后將實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)20發(fā)運(yùn)載火箭的能力，形成“一站式”海上發(fā)射服務(wù)體系，真正實(shí)現(xiàn)“出廠即進(jìn)場”。5公里內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)火箭全箭總裝、測試及發(fā)射全流程，顯著降低物流成本和時(shí)間，在未來可支持一條船一周完成一次引力一號(hào)發(fā)射任務(wù)。
降本增效 嘗試新技術(shù)
“商業(yè)航天現(xiàn)在已經(jīng)從技術(shù)驗(yàn)證階段逐步轉(zhuǎn)入商業(yè)驗(yàn)證階段，基本上解決了‘航天’技術(shù)難題，更關(guān)鍵的是要實(shí)現(xiàn)‘商業(yè)’。而降低火箭發(fā)射成本是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要通過在火箭研制設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、流線轉(zhuǎn)運(yùn)、基礎(chǔ)設(shè)施等諸多方面進(jìn)行全方位優(yōu)化。”東方空間副總裁彭昊旻表示。
引力一號(hào)火箭除了通過“一站式”發(fā)射體系建設(shè)來大幅縮短發(fā)射準(zhǔn)備流程、降低綜合成本外，自設(shè)計(jì)之初便充分考慮成本因素。比如，箭體結(jié)構(gòu)采用了有利于快速批量化制造的設(shè)計(jì)，芯級(jí)和助推器直徑相同，柱段結(jié)構(gòu)包括8個(gè)部段，占火箭總數(shù)量的一半……總之，通過集中備料、模塊化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、從設(shè)計(jì)源頭上簡化制造工藝等方式，大幅提升了火箭制造效率，降低了制造成本。
在發(fā)射支持設(shè)備上，東方空間同樣集中貫徹了降本增效的理念——
在發(fā)射準(zhǔn)備流程中，通過采用機(jī)械式翻轉(zhuǎn)架，引力一號(hào)火箭的百噸級(jí)子級(jí)實(shí)現(xiàn)了可靠地翻轉(zhuǎn)起豎，大幅降低了制造和后期維護(hù)成本。
轉(zhuǎn)運(yùn)和實(shí)施發(fā)射前時(shí)，火箭被巨型“白色羽絨服”罩住，引力一號(hào)也因此被網(wǎng)友稱為“大白”。布向偉說，這種柔性充氣式防護(hù)罩在運(yùn)載火箭研制發(fā)射中的應(yīng)用，是東方空間的首次嘗試。
他透露，防護(hù)罩看著很輕，實(shí)際總重有3噸左右。它就像日常看到的充氣城堡一樣，將內(nèi)部溫度控制到15攝氏度左右，同時(shí)也可以有效隔絕外部雨雪影響。用的時(shí)候充入壓縮空氣，它的墻可達(dá)到1米厚，“通過這么一個(gè)充氣防護(hù)罩，我們可以實(shí)現(xiàn)低成本、簡潔的運(yùn)載火箭環(huán)境保障系統(tǒng)。”放氣后，防護(hù)罩可折疊存放，占地非常小。
值得一提的是，本次任務(wù)中，東方航天港號(hào)海上發(fā)射與回收多功能船表現(xiàn)出色。作為我國首艘船身自帶導(dǎo)流槽設(shè)施的發(fā)射船，未來它會(huì)進(jìn)一步支持中大型火箭海上發(fā)射任務(wù)，在無發(fā)射任務(wù)時(shí)還可以執(zhí)行海上風(fēng)機(jī)等大件運(yùn)輸任務(wù)，充分發(fā)揮商業(yè)價(jià)值。
“從東方走向空間，為東方建設(shè)空間”是東方空間夢寐以求追尋的理想，公司致力于成為全球最受尊敬的商業(yè)航天服務(wù)商、讓每個(gè)人都能實(shí)現(xiàn)航天夢想。
當(dāng)前，東方空間正在研制引力二號(hào)中大型可回收復(fù)用液體火箭，爭取再用2年左右攻克可回收復(fù)用技術(shù)，進(jìn)一步提升火箭運(yùn)載能力至15～20噸，努力降低發(fā)射成本，助力航天產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。