布向偉 東方空間技術(shù)（山東）有限公司

2024 年1 月11 日13 時(shí)30 分，我國(guó)在山東海陽(yáng)東方航天港附近海域使用引力一號(hào)（遙一）海瀾之家號(hào)運(yùn)載火箭，將搭載的云遙一號(hào)18～20 星共3 顆衛(wèi)星順利送入高度為500km、傾角為50°的低地球軌道（LEO），飛行試驗(yàn)任務(wù)獲得圓滿成功。

引力一號(hào)首次飛行試驗(yàn)也創(chuàng)造了世界最大固體運(yùn)載火箭、國(guó)內(nèi)首款全固體捆綁運(yùn)載火箭、首個(gè)捆綁式運(yùn)載火箭海上發(fā)射、首次在海上實(shí)現(xiàn)中型火箭“三垂”測(cè)發(fā)模式、國(guó)內(nèi)首個(gè)自帶導(dǎo)流槽的發(fā)射船首次應(yīng)用等諸多紀(jì)錄。引力一號(hào)海上發(fā)射的成功，進(jìn)一步提升了我國(guó)海上發(fā)射技術(shù)水平，擴(kuò)充了我國(guó)中型運(yùn)載火箭海上機(jī)動(dòng)發(fā)射能力。

1 火箭總體情況

引力一號(hào)運(yùn)載火箭為三級(jí)半構(gòu)型，芯級(jí)采用三級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)串聯(lián)方式，集束捆綁4 臺(tái)固體發(fā)動(dòng)機(jī)作為助推級(jí)?；鸺痫w質(zhì)量約為405t，總長(zhǎng)約30m，發(fā)動(dòng)機(jī)及柱段結(jié)構(gòu)直徑2.65m，整流罩直徑兼容3.35m、3.8m 和4.2m，500km 太陽(yáng)同步軌道（SSO）最大運(yùn)載能力為4.2t，火箭外形如圖1 所示。首飛采用直徑4.2m、高9.3m 的整流罩。

圖1 引力一號(hào)火箭結(jié)構(gòu)圖

引力一號(hào)運(yùn)載火箭采用“三垂”測(cè)發(fā)方案，火箭在技術(shù)區(qū)完成垂直總裝和垂直測(cè)試，之后垂直轉(zhuǎn)載至發(fā)射船，隨發(fā)射船機(jī)動(dòng)到預(yù)定海域?qū)嵤┌l(fā)射，如圖2 所示。

圖2 引力一號(hào)火箭矗立在發(fā)射船上

2 火箭優(yōu)勢(shì)

“強(qiáng)”：系統(tǒng)創(chuàng)新性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)。構(gòu)型獨(dú)特，是國(guó)內(nèi)首個(gè)全固體捆綁火箭，達(dá)到中型運(yùn)載火箭發(fā)射能力的同時(shí)，還可以適應(yīng)海上發(fā)射、快速發(fā)射；圍繞海上發(fā)射，可構(gòu)建便捷靈活的發(fā)射體系。

“大”：運(yùn)載能力大、空間包絡(luò)大。引力一號(hào)500km 太陽(yáng)同步軌道最大運(yùn)載能力達(dá)到4.2t，達(dá)到中型運(yùn)載火箭發(fā)射能力；整流罩直徑達(dá)4.2m，高度可根據(jù)需求進(jìn)行拓展，支持百千克級(jí)衛(wèi)星“一箭數(shù)十星”組網(wǎng)發(fā)射。

“快”：研制速度快，發(fā)射響應(yīng)快。自2021 年初啟動(dòng)研制工作以來(lái)，3 年完成研制，探索并實(shí)踐了一條邊設(shè)計(jì)、邊生產(chǎn)、邊試驗(yàn)、邊改進(jìn)的敏捷迭代模式；探索“前店后廠”一站式服務(wù)模式，減少物流時(shí)間、物流成本、箭體包裝和恢復(fù)時(shí)間，大幅提升響應(yīng)速度。

“省”：經(jīng)濟(jì)性好，節(jié)省資源。研制過(guò)程充分考慮設(shè)計(jì)源頭及成本，箭體結(jié)構(gòu)柱段均采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，制造工藝簡(jiǎn)單，材料統(tǒng)一，集中備料，大幅提升了制造效率、降低了制造成本；發(fā)射系統(tǒng)大量采用工業(yè)化設(shè)施和技術(shù)，建設(shè)和后期維護(hù)成本均較低；海上發(fā)射安全區(qū)在海上，可節(jié)約大量陸地資源。

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

引力一號(hào)在研制過(guò)程中攻克了4 大關(guān)鍵技術(shù)群、17 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其中主要的技術(shù)有：

1）海陸通用中型運(yùn)載火箭多約束構(gòu)型優(yōu)化。在運(yùn)載能力強(qiáng)、海上晃動(dòng)適應(yīng)性好、整流罩包絡(luò)大、性價(jià)比高等多項(xiàng)目標(biāo)約束下，引力一號(hào)通過(guò)通用動(dòng)力模塊捆綁集成、系統(tǒng)創(chuàng)新的方式，優(yōu)化出三級(jí)半構(gòu)型，達(dá)到中型運(yùn)載火箭能力。

2）適應(yīng)公路垂直轉(zhuǎn)載的載荷分配優(yōu)化技術(shù)。引力一號(hào)采用垂直總裝、垂直測(cè)試、垂直轉(zhuǎn)載的“三垂”測(cè)發(fā)模式，使用液壓軸線車(chē)整體馱負(fù)發(fā)射臺(tái)和運(yùn)載火箭進(jìn)行公路垂直轉(zhuǎn)載，從而大幅降低了保障條件需求，使用更加靈活。通過(guò)多點(diǎn)支撐載荷分配優(yōu)化，將轉(zhuǎn)載的載荷控制在合理范圍內(nèi)，確保轉(zhuǎn)載過(guò)程安全。

3）全固體捆綁火箭姿態(tài)控制技術(shù)。固體發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用耗盡關(guān)機(jī)方式，4 臺(tái)助推器之間存在工作不同步性，最大可能達(dá)到數(shù)十噸差異，對(duì)飛行穩(wěn)定控制帶來(lái)較大影響。通過(guò)合理分配芯級(jí)和助推級(jí)控制力、優(yōu)化過(guò)渡過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了具有較強(qiáng)適應(yīng)能力的全固體捆綁火箭接力控制方案。

4）大氣層內(nèi)接力助推彈道優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了提升運(yùn)載能力，引力一號(hào)采用大氣層內(nèi)接力助推的彈道模式，即起飛時(shí)4 臺(tái)助推器點(diǎn)火工作，芯一級(jí)在飛行過(guò)程中接力點(diǎn)火。通過(guò)在線合理規(guī)劃交接班時(shí)間，增強(qiáng)了對(duì)航落區(qū)調(diào)整、各項(xiàng)控制偏差、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道偏差的適應(yīng)性。

5）適應(yīng)大固體發(fā)動(dòng)機(jī)大后效的級(jí)間冷分離技術(shù)。

為了盡量減少分離火工品和環(huán)境條件影響，引力一號(hào)芯一級(jí)和芯二級(jí)均采用冷分離方案。固體發(fā)動(dòng)機(jī)的后效推力達(dá)到數(shù)千牛頓，會(huì)對(duì)分離過(guò)程造成較大的干擾。通過(guò)多專(zhuān)業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)、分離時(shí)序優(yōu)化、多項(xiàng)措施并舉等，確保了分離過(guò)程安全，避免了高空追擊問(wèn)題。

6）復(fù)雜末級(jí)布局優(yōu)化及輕質(zhì)化設(shè)計(jì)。末級(jí)儀器艙內(nèi)安裝有末修姿控動(dòng)力系統(tǒng)、芯三級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)、箭上主要的控制和測(cè)量系統(tǒng)。需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的力熱環(huán)境進(jìn)行隔離，為艙內(nèi)設(shè)備和管路提供良好的環(huán)境條件。此外，末級(jí)質(zhì)量與運(yùn)載能力是1：1 的關(guān)系，質(zhì)量指標(biāo)也很關(guān)鍵。綜合考慮布局、傳力、減振、防熱、輕質(zhì)化等要素，通過(guò)空間布局優(yōu)化、傳力拓?fù)鋬?yōu)化、環(huán)境隔離設(shè)計(jì)、防熱一體化等實(shí)現(xiàn)了較為優(yōu)化的輕質(zhì)化末級(jí)方案。

7）簡(jiǎn)易充氣柔性保溫防護(hù)罩技術(shù)。首次采用充氣式防護(hù)罩進(jìn)行箭體防護(hù)和保溫（圖3），此次飛行試驗(yàn)有效防護(hù)了小雨和小雪，可以在室外-5℃情況下，保證防護(hù)罩內(nèi)溫度達(dá)到10℃。

8）固體助推器工作同步性控制技術(shù)。開(kāi)展了發(fā)動(dòng)機(jī)工作同步性影響因子分析，并完成極限拉偏、隨機(jī)打靶等仿真分析。根據(jù)仿真和試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)主要因素進(jìn)行重點(diǎn)控制，如殼體、混藥和澆注、裝藥量、噴管質(zhì)量、點(diǎn)火裝置等均進(jìn)行嚴(yán)格的一致性控制，實(shí)現(xiàn)了較好的同步性控制目標(biāo)。

9）大氣層內(nèi)固體助推器分離技術(shù)。引力一號(hào)助推器分離高度在45～50km 之間，分離時(shí)存在大氣、助推發(fā)動(dòng)機(jī)后效、芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作噴流等影響，構(gòu)建了彈道-姿控-分離-結(jié)構(gòu)-氣動(dòng)-載荷等多專(zhuān)業(yè)協(xié)同仿真模型，實(shí)現(xiàn)了大氣層內(nèi)固體助推器分離設(shè)計(jì)。

10）40kW 大功率機(jī)電伺服。芯一級(jí)所用的機(jī)電伺服最大功率達(dá)到40kW，為后續(xù)引力二號(hào)液體運(yùn)載火箭的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

4 小結(jié)及展望

此次發(fā)射任務(wù)的圓滿成功，驗(yàn)證了運(yùn)載火箭系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的正確性及各系統(tǒng)間工作的協(xié)調(diào)匹配性，驗(yàn)證了引力一號(hào)“三垂”海上發(fā)射流程的正確性、協(xié)調(diào)性，驗(yàn)證了與測(cè)控系統(tǒng)、海上發(fā)射平臺(tái)等系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，驗(yàn)證了低傾角發(fā)射能力及飛行彈道能力，并成功將云遙一號(hào)3 顆衛(wèi)星高精度送入預(yù)定軌道，拉開(kāi)了引力一號(hào)商業(yè)化應(yīng)用的序幕。此外，相關(guān)分系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品的驗(yàn)證，也為后續(xù)引力二號(hào)液體運(yùn)載火箭研制奠定了基礎(chǔ)。

未來(lái)，引力一號(hào)火箭將持續(xù)開(kāi)展迭代優(yōu)化，通過(guò)“再分析、再設(shè)計(jì)、再驗(yàn)證”，進(jìn)一步強(qiáng)化可靠性、優(yōu)化使用流程、提升火箭綜合性能，為實(shí)現(xiàn)高可靠、規(guī)模化、便捷化應(yīng)用發(fā)射奠定基礎(chǔ)。