长征十一号运载火箭
四级全固体运载火箭
长征十一号运载火箭(代号:CZ-11)是由中国航天科技集团所属的中国运载火箭技术研究院研制的新型四级全固体运载火箭,主要用于快速机动发射应急卫星
中国自20世纪60年代起成功研制长征系列液体运载火箭,但固体运载火箭领域经验不足,在这种背景下,中国航天科技集团公司于2010年10月将长十一火箭作为内部型号立项。2015年9月25日9时41分,中国新型运载火箭长征十一号在酒泉卫星发射中心点火发射,成功将4颗微小卫星送入太空。这是长征十一号运载火箭的首次飞行。2016至2023年间,长征十一号运载火箭还陆续进行了多次发射升空任务。截至2023年3月15日,长征十一号运载火箭已完成16次发射,实现16连胜。
长征十一号运载火箭特点是“快速、可靠、便捷、灵活”,主要有箭体结构、动力装置系统和控制系统等。该火箭的箭体结构分为:整流罩、卫星、仪器舱、贮箱、上面级发动机、三级发动机、二级发动机、一级发动机等。长征十一号采用中国推力最大的固体发动机,所使用的固体推进剂使发射准备时间大大缩短,并在中国固体运载火箭领域首次采用了“水平测试、星箭水平对接、水平运输、垂直起竖发射”测发模式和电气系统一体化、集成化、智能化设计技术,将测试发射周期大大缩短至24小时。长征十一号首次实现运载火箭的全箭整体储存、星箭快速对接、环境自主保障、高效快速发射,具有“强、大、快、简”的技术优势,主要用于满足自然灾害、突发事件等应急情况下微卫星发射需求。该火箭对增强中国快速进入空间能力,促进国民经济建设,提升中国航天综合实力具有重要意义。
历史沿革
研发背景
面对不断增长的空间资源开发以及竞争日益激烈的商业航天发射需求,快速进入空间和应用空间已经成为维护国家安全和利益的“战略制高点”。中国自20世纪60年代起成功研制了长征系列液体运载火箭,造就了航天大国地位,但在反应快、可靠性高、操作简便的固体运载火箭领域尚属空白,没有快速进入空间的能力,航天运输系统并不完善。而世界航天强国均拥有相当规模的固体运载火箭系列,掀起了低成本、高性能小卫星的发展热潮。
研制历史
由于多级固体运载火箭在实现小卫星快速、廉价、可靠发射方面具有不可替代的优势,该技术的发展势在必行。长征十一号正是在这种背景下发展的一型空间快速响应全固体运载火箭,可以在接到任务命令后短时间完成星箭技术准备和发射任务,可以满足未来高密度发射小卫星等有效载荷的需求,具有发射准备时间短、可靠性高、经济性好、适应多任务等特点。
长征十一号火箭是中国航天科技集团自筹资金,于2010年启动研制的。2010年10月,中国航天科技集团公司将长十一火箭作为内部型号立项。当时,与国外固体运载火箭的发展相比,中国在固体运载火箭领域的发展还存在较大差距,加上研制周期的要求,研制团队承担了较大的压力。在长十一火箭的研制过程中,没有采用新工艺、新材料甚至是新的元器件,而是根据要求,将其他型号产品中性能合格、环境匹配、成熟度高的产品用到火箭上。为了验证长十一火箭是否可以在24小时之内完成发射任务,研制团队于2014年7月在发射场对长征十一号火箭进行合练,整箭贮存状态到完成发射准备只用了10多个小时。
发射历史
2015年9月25日9时41分,中国新型运载火箭长征十一号在酒泉卫星发射中心点火发射,成功将“浦江一号”和“上科大二号”等4颗微小卫星送入太空。这是长征十一号运载火箭的首次飞行,也是长征系列运载火箭的第211次飞行。该火箭采用四级全固体火箭发动机技术方案,固体发动机均由四院研制。该火箭使中国真正拥有陆基机动24小时快速进入空间的能力,可执行应急以及日常军用、民用有效载荷的发射等任务。面对技术难度大、研制时间紧、多项设计及工艺技术无成熟经验等困难,四院研制队伍大胆创新、攻坚克难,在2年内实现了首台全尺寸发动机地面热试,成功突破了4项重大关键技术;在3年内全面完成了方案和初样研制工作,实现了该发动机多台次地面大型联试成功。发动机性能指标全部满足总体要求,并接近国际先进水平,刷新了中国固体发动机研制史上多项纪录。
2016年11月10日,长征十一号运载火箭在酒泉卫星发射中心发射,成功实现中国首颗脉冲星试验卫星精确入轨。此外,同箭另搭载发射4颗卫星,刷新了中国固体运载火箭“一箭多星”发射记录,首次探索了中国民营卫星公司商业搭载发射模式。
2018年1月19日,中国在酒泉卫星发射中心成功发射长征十一号固体运载火箭,这已是长征十一号的第3次出征。此次发射长征十一号运载火箭将长光卫星“07”、“08”视频卫星、长沙天仪研究院“湘江新区号” 卫星、“全图通一号”卫星,零重空间的 “淮安号”卫星和1颗加拿大小卫星精确送入预定轨道。这6颗卫星均属商业小卫星,这次发射成功也拉开了中国固体运载火箭商业小卫星高密度组网发射的序幕。同时此次“一箭六星”的发射成功,验证了“2主星+N立方星”的卫星组合方式,进一步提升了长征十一号运载火箭多星发射能力。同年4月26日中午12时42分,在酒泉卫星发射中心,由中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院研制的长征十一号固体运载火箭,将“珠海一号”五颗卫星精确送入预定轨道。“一箭五星”发射任务取得圆满成功。这是中国星座组网同一轨道面发射卫星数量最多的一次,也是中国长征系列运载火箭的第272次发射。同年12月22日7时51分,中国在酒泉卫星发射中心用长征十一号运载火箭,成功将虹云工程首发星——虹云工程技术验证卫星发射升空并送入预定轨道,该星发射成功标志着中国低轨宽带通信卫星系统建设迈出实质性步伐。同时,这也是中国长征系列运载火箭第295次航天飞行。
2019年1月21日13时42分,中国在酒泉卫星发射中心用长征十一号运载火箭,以一箭四星方式,成功将“吉林一号”光谱01/02星和搭载的“灵鹊-1A”星、“潇湘一号”03星发射升空,卫星均进入预定轨道。同年6月5日12时06分,中国在黄海海域用长征十一号海射运载火箭将技术试验卫星捕风一号A、B星及五颗商业卫星顺利送入预定轨道,试验取得圆满成功。此次试验采用长征十一号海射型固体运载火箭,以民用船舶为发射平台,探索了中国海上发射管理模式,验证了海上发射能力。捕风一号A、B卫星将实现小卫星编队探测海面风场零的突破,可提高全天候海面风场探测能力,提升中国台风监测和气象精准预报能力。运载火箭海上发射具有灵活性强、任务适应性好、发射经济性优等特点,可通过灵活选择发射点和航落区,满足各种轨道有效载荷发射需求,为“一带一路”沿线国家提供更好的航天商业发射服务。这是中国首次在海上实施运载火箭发射技术试验,有利于更好地满足不同倾角卫星发射需求,促进中国商业航天发展。同年9月19日14时42分,中国在酒泉卫星发射中心用长征十一号运载火箭,采取一箭五星的方式成功将“珠海一号”03组卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,任务获得圆满成功。
2020年5月30日4时13分,由中国运载火箭技术研究院抓总研制的长征十一号遥八运载火箭在西昌卫星发射中心将两颗新技术试验卫星送入预定轨道,发射取得圆满成功。这是长征十一号固体运载火箭首次在西昌卫星发射中心执行发射任务。同年9月15日9时23分,中国在黄海海域用长征十一号海射运载火箭,采取“一箭九星”方式将“吉林一号”高分03-1组卫星送入预定轨道,发射获得圆满成功。同年12月10日4时14分,中国在西昌卫星发射中心用长征十一号遥九固体运载火箭引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2022年4月30日11时30分,中国在东海海域使用长征十一号海射遥三火箭发射吉林一号高分03D(04~07)/04A卫星,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。该卫星主要为国土资源普查、城市规划、灾害监测等行业领域提供商业遥感服务。同年10月7日21点10分,长征十一号固体运载火箭在山东海阳市东方航天港点火升空,以“一箭双星”方式,将“微厘空间低轨卫星导航增强系统”S5/S6试验卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。同年12月16日14时17分中国在西昌卫星发射中心使用长征十一号运载火箭,成功将试验二十一号卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。该卫星主要用于开展空间新技术在轨验证试验。
2023年3月15日19时41分,中国在酒泉卫星发射中心使用长征十一号运载火箭,成功将试验十九号卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。该卫星主要用于国土普查、城市规划和防灾减灾等领域。此次任务是长征十一号运载火箭2023年的首次发射任务,也是它自首飞以来第16次发射,实现16连胜。同时,此次任务也是长征系列运载火箭的第467次飞行。
技术特点
长征十一号的特点是“快速、可靠、便捷、灵活”,也因此,长征十一号被称作“快响利箭”。
设计思路
长征十一号运载火箭的简约设计思路是实现快速发射的核心所在,通过对箭上单机的一体化设计,使单机数量大大减少。长十一火箭的遥测系统把总路线适配器、图像压缩处理器、指令变换器等仪器合并为一台测量组合。设计师们仅需要十几分钟就可以完成测量组合的测试工作。此外,长十一火箭采用的是在单机内部实现冗余的方式,也就是单机本身实现了自我保护。与此同时,火箭采用全三维数字化设计,为火箭快速集成设计和星箭接口快速设计奠定基础。
总体结构
长征十一号运载火箭作为四级全固体运载火箭,主要有箭体结构、动力装置系统和控制系统,这三大系统统称为运载火箭的主系统。此外,箭上还装有遥测系统、外测系统和安全控制系统等。
箭体结构
长征十一号运载火箭的箭体结构分为:整流罩、卫星、仪器舱、贮箱、上面级发动机、三四级间段、三级发动机、三级尾段、二三级间段、二级发动机、二级尾段、一二级间段、一级发动机、尾段。
动力系统
长征十一号运载火箭一级发动机采用的固体发动机是中国推力最大的固体发动机,其燃烧室装药量为中国固体发动机之最;采用的柔性喷管是中国尺寸最大的发动机喷管(截至2015年)。该火箭采用的固体推进剂由黏合剂、氧化剂、金属粉末等组成,是燃料和氧化剂的混合体,对操作者无害,可长期贮存,发射操作简便。在火箭发射准备阶段,相对于液态火箭,固体推进剂不需要有固定的塔架,不需要进行加注,火箭只需要在总装厂房,完成了星箭对接和准备之后,可以快速地完成后续的发射任务,使发射需要的准备时间大为缩短,从测试到发射一天内完成。推进剂可以在室温下存储,而且对应的发动机构造更简单,这意味着出故障的可能性更小。
遥测系统
长征十一号运载火箭在中国固体运载火箭领域首次采用了“水平测试、星箭水平对接、水平运输、垂直起竖发射”测发模式,这种测发模式节省了大量时间,有力地支撑了发射周期的小时级跨越。该火箭首次在中国运载火箭上采用电气系统一体化、集成化、智能化设计技术,箭上并行测试技术,测试流程优化技术等,突破了传统液体运载火箭的测发模式,将测试发射周期大大缩短至24小时。
性能参数
总体参数
参考资料:
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发动机参数
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系列型号
长征十一号商业一型
“长征十一号商业一型”将火箭一级外壳材料由钢换为碳纤维,并将一级发动机海平面比冲由248秒提高到252秒,进一步提高了火箭性能,700千米SSO运载能力提高到500。火箭可采用陆基或海基且冷热兼容的多种发射方式。该型火箭于2018年首飞。
长征十一号商业二型
“长征十一号商业二型”(也称“长征十一号海射型火箭”)是中国第一型按成本目标设计、生产、运营的火箭。它在“商业一型”的基础上,将火箭一级直径拓展到2.5米,增大了一级的装药量,延长了一级的燃烧时间。同时通过单机集成,实现箭上电器一体化。该型火箭可覆盖绝大多数低轨发射需求。火箭起飞质量115吨,整流罩有2.4/2.7/2.9米三种直径尺寸可供选择,火箭700千米SSO运载能力提高到1.5吨,火箭采用简易台架热发射的发射方式,于2019年6月5日首飞。该型火箭与标准型的火箭基本一致,为四级固体运载火箭,由以下主要子系统组成:简体结构、推进系统、控制系统、遥测系统和航区安全系统。商业二型通过采用海上发射使发射位置能够灵活选择,可将有效载荷发射到各种高度和各种转轴倾角的近地球轨道,典型任务为轨道高度200~1000千米的圆轨道,轨道倾角方面则覆盖了从赤道轨道到太阳同步轨道的全部范围。
优势特点
技术突破
长征十一号运载火箭突破了大型固体发动机、快速测试发射、卫星环境综合保障等关键技术,首次实现了运载火箭的全箭整体储存、星箭快速对接、环境自主保障、高效快速发射,具备全天候数小时内完成发射的能力,可有效应对自然灾害等突发事件的应急发射需求。火箭具有“强、大、快、简”的技术优势,运载能力和适应能力强,火箭规模和起飞推力大,测试发射快速,操作使用简便,一体化、集成化、智能化程度高,综合性能指标达到国际先进水平,可与国际主流固体运载火箭相媲美。
竞争优势
“长十一”数百公斤级的近地轨道运载能力虽然是中国新一代运载火箭家族中最小的,但可满足80%以上小卫星的发射需求,而且其发射小卫星可以省去搭载发射需要解决的轨道协调、结构协调、电磁兼容协调等问题。
“长十一”能够为小卫星提供最优化、最灵活的发射服务,使小卫星也拥有主载荷享有的优先权,获得个性化订制服务。再加上“长十一”独有的灵活选择发射地点的能力,可以把卫星送入一些受制于现有发射场的测控、落区范围而难以到达的目标轨道。“长十一”的出现可以大大拓展中国小型航天器的应用范围。
“长十一”使用标准的星箭接口。接口的标准化使火箭能够适应不同卫星的任务需求,减少星箭接口匹配的工作量。标准接口具有的互换性也为“长十一”在各种快速应急任务中灵活地匹配不同类型的有效载荷提供了便利。
“长十一”的独门绝技是24小时发射准备时间和机动发射带来的快速响应能力。因此,其不仅能担负常规的小卫星发射任务,也能在自然灾害等应急条件下迅速提供航天发射支援。
得益于固体推进剂的长期贮存能力,因此,依托“长十一”可以建立一支滚动贮存、兼容常规的航天快速响应力量。这支力量可以快速灵活地对应急事态做出响应,按任务需求将具有相应任务能力的卫星快速送入轨道,还可以有计划地承担常规的小卫星发射任务,从而锻炼操作队伍,将贮备的火箭资源充分利用,最终形成常备化贮存、常规性发射、定期性更新的有序循环。
“长十一”的发射场地简单、测发操作便捷的优势,也使其能够在复杂恶劣的条件下充当“招之即来、来之能射”的可靠的航天运载“卫士”。
应急发射
“长十一”的自主移动测试发射平台,可以大大减少火箭发射对地面设施的依赖,实现快速、自主测试发射。在“长十一”的发射工位内,没有高大的勤务塔和脐带塔,没有深深的导流槽,甚至连支撑火箭的发射台都没有,只有一片水泥场坪,发射工位的简约要归功于“长十一”的自主移动测试发射平台。自主移动测试发射平台可实现星箭组合体的整体运输,为卫星提供环境保障,满足火箭的射前测试、垂直起竖和快速发射需求。有了自主移动测试发射平台,辅以必要的辅助通信指挥车辆,可以大大减少火箭发射对地面设施的依赖,可灵活地选定发射地点,降低固定发射工位、火箭残骸落区对卫星轨道的制约,实现快速、自主测试发射。有了自主移动测试发射平台,无论在运输装填流程,还是在测试和发射准备过程,火箭和卫星都会得到良好的环境保障,不会受到雨雪沙尘和高低温等恶劣天气的影响,具备全天候发射能力。
决策支持
长征十一号运载火箭采用远程决策支持技术,实现发射过程中远程数据判读、故障诊断和专家技术支持,减少发射现场人员保障,提高发射效率。
研制团队
参考资料:
创造纪录
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总体评价
长征十一号运载火箭主要用于满足自然灾害、突发事件等应急情况下微卫星发射需求。该火箭接到任务命令后,24小时内完成星箭技术准备和发射任务,其中在发射点的发射准备时间不大于1小时,具备“日发射”能力。长征十一号运载火箭是中国长征系列运载火箭家族的新丁,可满足不同任务载荷、不同轨道的多样化发射需求,有力地促进了中国的规模化发展与应用,实现了中国运载火箭快速发射的小时级跨越,可在24小时内完成发射准备工作。这标志着中国具备了小卫星快速组网能力,对提升中国快速进入空间能力具有里程碑意义。该火箭对增强中国快速进入空间能力,促进国民经济建设,提升中国航天综合实力具有重要意义。而中国航天科技集团四院研制的四级固体发动机在该型火箭上成功应用,也意味着中国固体动力在宇航运载领域实现了新突破。(中国航天科技集团有限公司 评)
从立项开始,长征十一号运载火箭就被定位为我国新一代运载火箭中的“巡天急先锋”,快速响应是其最为突出的特点。(中国航天报 评)
长征十一号运载火箭的发射成功,标志着中国在固体运载火箭领域关键技术上取得重大突破,对于完善中国运载火箭型谱、提升进入空间能力,具有重要意义。(新华网 评)
参考资料
长征十一号.中国航天科技集团有限公司.2023-11-25
长征十一号首飞成功.新华网.2023-11-25
长征十一号首飞成功.中国航天科技集团公司.2023-11-25
我国成功发射试验十九号卫星.央视新闻客户端.2023-11-25
长征十一号(CZ-11).国家航天局.2023-11-25
“快箭”长征十一号首飞成功 可实现24小时内发射.中国航天科技集团公司官方微信.2023-11-25
九战九捷!长十一火箭成功再送“双星”入轨.中国运载火箭技术研究院新闻中心.2023-11-25
我国成功发射试验二十一号卫星.央视新闻客户端.2023-11-25
祝贺!试验十九号卫星发射成功.北京日报客户端.2023-11-25
长征十一号.中国运载火箭技术研究院新闻中心.2023-11-25
目录
概述
历史沿革
研发背景
研制历史
发射历史
技术特点
设计思路
总体结构
箭体结构
动力系统
遥测系统
性能参数
总体参数
发动机参数
系列型号
长征十一号商业一型
长征十一号商业二型
优势特点
技术突破
竞争优势
应急发射
决策支持
研制团队
创造纪录
总体评价
参考资料