長征十一號運載火箭

中國長征系列運載火箭家族第一型固體運載火箭

長征十一號運載火箭是由中國航天科技集團公司所屬中國運載火箭技術研究院(航天一院)研製的新型四級全固體運載火箭,是中國長征系列運載火箭家族第一型固體運載火箭。該火箭主要用於快速機動發射應急衛星,滿足自然災害、突發事件等應急情況下微衛星發射需求。

火箭全長20.8米,重58噸,起飛推力120噸,700公里太陽同步軌道運載能力400公斤,低軌運載能力可達700公斤。火箭在接到任務命令后,24小時內完成星箭技術準備和發射任務,其中在發射點的發射準備時間不大於1小時,具備“日發射”能力。2015年9月25日,作為我國長征系列運載火箭家族第一型固體運載火箭、我國新一代運載火箭中唯一一型固體火箭的長征十一號運載火箭在酒泉衛星發射中心首飛成功。低軌運載能力達2噸的長征十一號甲固體運載火箭正在論證中。

2020年12月10日4時14分,中國在西昌衛星發射中心用長征十一號運載火箭,以“一箭雙星”方式將引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星送入預定軌道,發射獲得圓滿成功。

研製過程


通常需要尋求搭載發射,而搭載發射多顆衛星的最佳工作軌道可能難以統一,衛星間的結構協調和電磁兼容也是需要解決的問題,這就制約了搭載發射的選擇範圍。因此,經濟型小型火箭的研製需求越來越旺盛。
同時,應對突發自然災害等應急型任務的需求也催生了快速響應航天技術的發展。應急衛星需要實現快速集成總裝和快速在軌測試,從而實現快速響應發射。“長十一”的研製目的之一就是為了滿足快速響應航天任務的需要,實現24小時快速發射。
中國長征系列運載火箭已經成功發射幾近200次,固體火箭發射還是首次。液體火箭的優勢在於運載能力大,可達5噸―10噸,但是缺點在於加註時間長,從測試到發射整個流程需要20―50天。固體火箭雖然運載能力不如液體運載火箭,但是它最大的優勢在於接到發射命令之後,從測試到發射能在一天內完成,
長征十一號運載火箭
長征十一號運載火箭
固體火箭的快速反應能力能夠很好地應對突發災害后的通訊和觀察任務,便於針對性地採取措施。
長征十一號小型固體運載火箭的誕生,是小衛星蓬勃發展、快速響應航天概念的提出、固體動力技術進步共同牽引的結果。
2010年10月,中國航天科技集團公司將長十一火箭作為內部型號立項。
全國政協委員、中國航天科技集團中國運載火箭技術研究院黨委書記梁小虹向新華社記者透露,我國火箭家族中的新一代小型運載火箭長征十一號運載火箭2015年內將首飛。長征十一號運載火箭已完成研製階段的各項工作,進入首飛前最後準備階段。梁小虹表示,未來該院在長征十一號運載火箭的基礎上,將進一步規劃發展系列化固體運載火箭,與其研製的液體運載火箭互為補充,不斷完善我國航天運輸體系。
中國長征系列運載火箭已經成功發射幾近200次,固體火箭發射還是首次。液體火箭的優勢在於運載能力大,可達5噸―10噸,但是缺點在於加註時間長,從測試到發射整個流程需要20―50天。固體火箭雖然運載能力不如液體運載火箭,但是它最大的優勢在於接到發射命令之後,從測試到發射能在一天內完成,“固體火箭的快速反應能力能夠很好地應對突發災害后的通訊和觀察任務,便於針對性地採取措施。”

研製團隊


設計團隊

總設計師:彭昆雅
副總設計師:王健儒,動機部分負責人。
副總設計師:管洪仁,控制部分負責人。
伺服系統主任設計師:陳安平
總體主任設計師:嚴寶峰
總體副主任設計師:吳強
控制系統設計師:張延
測量系統主任設計師:宋岳鵬
總體設計師:張飛霆
參試人員:劉佳佳

管理團隊

總指揮:楊毅強,李同玉(第二任)
副總指揮:金鑫
發動機總指揮:張士林

結構特點


長征十一號採用國際通用星箭介面,可滿足不同任務載荷、不同軌道的多樣化發射需求。火箭系統由固體運載火箭、發射支持系統組成,一級採用中國最大規模和推力的固體火箭發動機,可牽引大型固體發動機和運載火箭固體助推器技術的發展。
火箭具有可整體貯存、操作簡單、發射成本低、發射周期短的特性,它最大的優勢是“快速、便捷、靈活”,可實現衛星快速組網和補網,能很好地滿足自然災害、突發事件等應急發射需求。
該系統由固體運載火箭、發射支持系統組成,一級採用中國最大規模和推力的固體火箭發動機。具有可整體貯存、操作簡單、發射成本低、發射周期以小時計算,最大的優勢是“快速、便捷、靈活”,可實現衛星快速組網和補網,能很好地滿足自然災害、突發事件等應急發射需求。

技術參數


基本參數
火箭級數四級
推進劑端羥基聚丁二烯(HTPB)複合固體推進劑
火箭全長/米20.8
整流罩直徑/米1.6/2.0
最大直徑/米2.0
起飛重量/噸57.6
起飛推力/噸120
700kmSSO運載能力350kg→400kg
LEO運載能力700kg
備註
軌道縮寫對照:
SSO:Sun-synchronous orbit,太陽同步軌道
LEO:Low Earth orbit,近地軌道
①長十一項目團隊利用前兩發火箭的飛行數據找設計余量,
在保證可靠性的前提下取消了一些產品,已使火箭運載能力
提高了50公斤。
火箭一級參數
直徑/米2.0
起飛質量/噸39.8
推進劑質量/噸35
最大推力/千牛1200
海平面比沖/秒248
工作時間/秒約72
外殼材料

動力系統


火箭一級發動機採用的固體發動機是目前我國推力最大的固體發動機,其燃燒室裝藥量為國內固體發動機之最;採用的柔性噴管是我國目前尺寸最大的發動機噴管。面對技術難度大、研製時間緊、多項設計及工藝技術無成熟經驗等困難,四院研製隊伍大膽創新、攻堅克難,在2年內實現了首台全尺寸發動機地面熱試,成功突破了4項重大關鍵技術;在3年內全面完成了方案和初樣研製工作,實現了該發動機多台次地面大型聯試成功。發動機性能指標全部滿足總體要求,並接近國際先進水平,刷新了我國固體發動機研製史上多項紀錄。
發動機研製由航天動力技術研究院(航天四院)團隊承擔:
總指揮:張士林
總設計師:王健儒
四級發動機總體設計師:趙東民
設計師:張卓勛、賀向東、魏坤龍

技術突破


長征十一號火箭突破了多項關鍵技術,運載能力和適應能力強,火箭規模和起飛推力大,測試發射快速,操作使用簡便,一體化、集成化、智能化程度高,綜合性能指標達到國際先進水平,可與國際主流固體運載火箭相媲美,對於完善中國航天運輸系統體系,提升快速進入空間能力具有重要意義。
該火箭突破了多項關鍵技術,運載能力和適應能力強,火箭規模和起飛推力大,測試發射快速,操作使用簡便,一體化、集成化、智能化程度高,綜合性能指標達到國際先進水平,可與國際主流固體運載火箭相媲美,對於完善中國航天運輸系統體系,提升快速進入空間能力具有重要意義。
液體和固體火箭不同的優缺點,使它們在民用和軍用市場上各有所長。實際上,運載火箭和導彈本就是一脈同源,現代意義上最早的火箭就是德國在二戰時研製的V2彈道導彈,採用液氧加酒精的液體燃料組合。後來航天工業大發展時代,民用和軍用細分越來越明顯,追求經濟和環保的民用火箭就全面採用液體燃料;而追求反應速度和維護性的軍用導彈,則採用固體燃料設計。
長征十一號有兩個性能追求點,除了24小時內完成發射準備外,還必須具備全天候、無依託發射的能力。所謂無依託發射,就是不需要專門的火箭發射場,不需要勤務塔、不需要臍帶塔、不需要導流槽,連發射台都不需要,只要有一片平地就可以了。
為了實現這種能力,長十一採用了能夠自主移動、完成測試準備的發射平台──即機動戰略導彈的發射平台。可以說,整支長征十一號火箭都是在遠程戰略導彈的基礎上開發的軍民兩用經濟版。
長征十一號在設計上與戰略導彈有幾點不同,首先是對成本的控制要求更高;比如在火箭殼體結構上就比較省錢,沒有採用複合材料結構,而是採用金屬鑄造工藝。還有就是,比如第四級的控制艙,結構是沿用原來長征系列火箭的老式設計。
另一方面,長征十一號也不完全是降級的縮水版。軍用戰略導彈設計一旦定型,以後變更設計就非常難,要很多年才有一次改型的機會,而且改進幅度不一定很大。改進頻率和深度的不足,使很多新技術和新設計得不到驗證和實用化的機會,不利於科研能力和產品技術水平進步。
長征十一號火箭同時承擔新型技術驗證平台的角色,比如它的第一級火箭,是中國推力、燃燒室裝藥量、柔性噴管尺寸等方面最大的型號,刷新了中國固體火箭發動機研製歷史的多項紀錄。這方面的性能和成本,就比現役的東風-31甚至是東風-41都要高。

海上商業發射


近年來,許多地處赤道地區的國家對發射近赤道、
長征十一號運載火箭
長征十一號運載火箭
低傾角衛星的需求越來越旺盛。發射這類衛星,離赤道越近,運載能力損失越小,發射成本越低。因此在靠近赤道的海上進行火箭發射,成為許多航天強國爭相開發的一種發射模式。針對國際商業用戶的需求,中國計劃在2018年推出海上低傾角發射服務,這項發射服務對於低傾角衛星來說“將是比較划算的發射方式”。
航天科技集團一院計劃用萬噸級的普通貨船改造成為海上發射平台,火箭則使用對發射設施依賴較少、目前技術較成熟的長征十一號固體運載火箭。
按計劃,長征十一號將於2017年進行海上發射的關鍵技術試驗,預計2018年就可以面向國際商業用戶提供這種發射方式。屆時,長征十一號可將500千克的衛星送到軌道傾角為0到10度,高度為500公里的軌道。
2020年9月,我國在黃海海域用長征十一號海射運載火箭,採取“一箭九星”方式將“吉林一號”高分03-1組衛星送入預定軌道,發射獲得圓滿成功。

意義與優勢


研製意義

長征十一號運載火箭的發射成功,標誌著中國在固體運載火箭領域關鍵技術上取得重大突破,對於完善中國運載火箭型譜、提升進入空間能力,具有重要意義。
長征十一號火箭可滿足不同任務載荷、不同軌道的多樣化發射需求,有力地促進了中國小衛星的規模化發展與應用。
長征十一號箭突破了大型固體發動機(120號大推力固體發動機)、快速測試發射(準備到發射的時間在24小時以內)、衛星環境綜合保障等關鍵技術,首次實現了運載火箭的全箭整體儲存、星箭快速對接、環境自主保障、高效快速發射,具備全天候數小時內完成發射的能力。
作為我國長征系列火箭家族第一型固體運載火箭,也是我國新一代運載火箭中唯一一型固體型號,長十一火箭具有“快速、可靠、便捷、低廉”的優勢,主要用於滿足自然災害、突發事件等應急情況下微小衛星發射需求。
此次發射任務的成功,標誌著我國具備了微小衛星快速組網能力,對提升我國快速進入空間能力具有里程碑意義,有力促進了我國小衛星的規模化發展和應用。

競爭優勢

1.“長十一”數百公斤級的近地軌道運載能力可滿足80%以上小衛星的發射需求,而且其發射小衛星可以省去搭載發射需要解決的軌道協調、結構協調、電磁兼容協調等問題。
2.“長十一”能夠為小衛星提供最優化、最靈活的發射服務,使小衛星也擁有主載荷享有的優先權,獲得個性化訂製服務。再加上“長十一”獨有的靈活選擇發射地點的能力,可以把衛星送入一些受制於現有發射場的測控、落區範圍而難以到達的目標軌道。“長十一”的出現可以大大拓展我國小型航天器的應用範圍。
3.“長十一”使用標準的星箭介面。介面的標準化使火箭能夠適應不同衛星的任務需求,減少星箭介面匹配的工作量。標準介面具有的互換性也為“長十一”在各種快速應急任務中靈活地匹配不同類型的有效載荷提供了便利。
4.“長十一”具備24小時發射準備時間和機動發射帶來的快速響應能力。因此,其不僅能擔負常規的小衛星發射任務,也能在自然災害等應急條件下迅速提供航天發射支援。
5.“長十一”的發射場地簡單、測發操作便捷優勢,也使其能夠應對複雜惡劣的條件。

火箭成就

長征十一號運載火箭已創造出13項中國第一:
第一型國家立項的固體運載火箭;
第一型實現小時級發射的運載火箭;
第一型具備機動發射能力的運載火箭;
第一型具備長期貯存能力的運載火箭;
第一型可無依託發射的運載火箭;
第一型適應複雜發射環境的運載火箭;
第一型具備實用運載能力的固體運載火箭;
第一型適合小衛星快速發射的運載火箭;
第一型四級全固體運載火箭;
第一型向外國衛星提供搭載服務的固體運載火箭;
第一型海上發射,第一型海上商業發射衛星
中國規模最大的固體運載火箭。

發射記錄


序號火箭編號發射日期載荷
發射
軌道
發射地點
發射
結果
備註
1遙一
2015年9月25日
9時41分40秒
“浦江一號”衛星
三顆“上科大二號”衛星
SSO
酒泉衛星
發射中心
機動發射陣地
成功首飛
2遙二
2016年11月10日
7時42分
分離載荷:
脈衝星導航試驗衛星
長沙天儀“瀟湘一號”衛星
浙江利騅科技“麗水一號”立方星01星
微納衛星“皮納二號”
不分離載荷:
科創KS試驗載荷(CAS-2T)
"丰台少年一號暨少年夢想一號"小衛星
SSO
酒泉衛星
發射中心
機動發射陣地
成功“一箭五星”刷新了我國固體運載火箭一箭多星的發射記錄,同時火箭隊伍也首次探索了民營衛星商業搭載的發射模式。
未來發射計劃
3遙三2017年10月長沙天儀四顆微納衛星(TY-2/3/4/5)SSO
酒泉衛星
發射中心
機動發射陣地
4長征十一號運載火箭2020年5月30日04時13分新技術試驗衛星G星、H星西昌衛星發射中心成功
5遙五
2018年12月22日
07:51:00.2280
虹雲工程技術驗證衛星
(虹雲·武漢號)
SSO
酒泉衛星
發射中心
機動發射陣地
成功
航天科工虹雲
工程首發星;
首顆低軌寬頻通
信技術試驗衛星
6遙六
2019年1月21日
13:42
“吉林一號”光譜01/02星
(“吉林林草一號”、“文昌超算一號”)
天儀瀟湘一號03星(青騰之星)
零重空間“靈鵲”遙感星座首顆技術驗證星
(靈鵲一號A星) 
SSO
酒泉衛星
發射中心
機動發射陣地
成功“一箭四星”
7海遙一
2019年6月5日
12:06:01
捕風一號A/B衛星
中電網通一號A/B衛星
吉林一號高分03A衛星
天啟三號衛星
瀟湘一號04星 
SSO
黃海海域
海上發射平台
發射位置:東經121.19度、北緯34.90度。火箭按121.6度射向實施發射。
成功我國首次海上發射
8遙七
2019年9月19日
14時42分
“珠海一號”03組衛星SSO
酒泉衛星
發射中心
機動發射陣地
成功03組5顆衛星,包括1顆視頻衛星和4顆高光譜衛星
9遙八2020年5月30日4時13分新技術試驗衛星G星、H星 西昌衛星發射中心成功首次在西昌衛星發射中心執行火箭發射任務;首次採用2米直徑整流罩;首次在固體運載火箭上設計了內支撐結構。首次採用全新信息化發射平台實施發射。
10海遙二 2020年9月15日吉林一號”高分03-1組衛星(嗶哩嗶哩視頻衛星”、“‘央視頻號’衛星等3顆視頻成像衛星,6顆推掃成像模式衛星) SSO黃海海域(太原衛星發射中心組織發射)成功 一箭九星,我國首次海上商業化應用發射,一體化指揮決策系統首次在海上發射運用
11遙九2020年12月10日4時14分引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星西昌衛星發射中心成功一箭雙星
註釋:
SSO:太陽同步軌道(Sun-synchronous Orbit)

後續發展


商業一型
長征十一號商業一型將火箭一級外殼材料由鋼換為碳纖維,
長征十一號運載火箭
長征十一號運載火箭
並將一級發動機海平面比沖由248秒提高到252秒,進一步提高了火箭性能,700公里SSO運載能力提高到500公斤。火箭可採用陸基或海基且冷熱兼容的多種發射方式。
該型火箭預計將於2018年首飛。
商業二型
長征十一號商業二型是
長征十一號運載火箭
長征十一號運載火箭
我國第一型按成本目標設計、生產、運營的火箭。它在商業一型的基礎上,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。
長征十一號運載火箭
長征十一號運載火箭
同時通過單機集成,實現箭上電器一體化。該型火箭將覆蓋絕大多數低軌衛星發射需求。
火箭起飛質量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公里SSO運載能力提高到1.5噸,火箭採用簡易台架熱發射的發射方式。
該型火箭預計將於2019年首飛。