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“引力一号”运载火箭采用伪四级固体方案,其固体助推器,芯一级和芯二级采用2.65m直径碳纤维缠绕复合材料(CFRP)壳体,装填被称为“中能推进剂”的,采用端羟基聚丁二烯(HTPB)作为粘合剂的固体推进剂。这种推进剂的海平面比冲可以达到255秒以上,线秒以上。三级采用碳纤维缠绕复合材料壳体的高精度高空固体火箭发动机,搭配由东方空间自研的双组元姿轨控系统。姿轨控发动机采用一甲基肼-绿色四氧化二氮组合。在发射期间,海阳海上温度达到零下5℃,考虑到低温会对固体燃料产生影响,可能损害其力学特性等,“引力一号”被厚厚的保温层所覆盖,以免重蹈STS-51-L任务的悲剧。保温层在发射前6小时被取下。
“引力一号”运载火箭的助推器、一级和二级火箭均配备有推力矢量装置(TVC)以控制固体火箭摆动,驱动火箭进行偏航、俯仰和滚转三个通道上的控制。“引力一号”采用25kW超大功率电动伺服以驱动摇摆喷管,这项技术也在长征六号甲运载火箭助推器FG-112上用过,对标欧洲“阿丽亚娜6”火箭的P-120C固体火箭助推器。早期固体运载火箭,如Thiokol公司为Titan-3运载火箭配备SRM采用喷射高氯酸锶,高氯酸铵溶液等进行推力方向控制。长征11号运载火箭通过使用一个小的APU产生燃气供给TVC,这两者都存在着效率较低和可用工质有限的缺点。而电伺服是更先进的技术,拥有价格低廉和响应速度快,行程长的特点,但驱动力较小,因此在国内大型运载火箭上的使用有限。“引力一号”的成功发射将极大的拓宽电伺服的应用边界,为其在以后更大的固体火箭发动机(SC150)和液体火箭发动机上使用铺平了道路。
“引力一号”采用固体捆绑火箭也会遇到一些问题,一个显著的问题在于,由于固体火箭发动机的燃速和燃面并不恒定,导致固体火箭发动机的推力相比液体火箭发动机,会产生一定变化。而固体助推器装药的不均匀性会导致四根助推器产生的推力会存在略微变化。因此火箭需要针对这一项误差进行修正。这种技术最早用在“长征六号A”上,但“引力一号”完全依靠固体助推器提供控制力,因此对固体助推器控制的精度需求更大。通过采取大量模拟,优化软件逻辑,提升固体火箭助推器内弹道一致性,并且提前点燃第一级火箭以在助推器推力下降的时候获得足够的控制力等手段,东方空间已经成功克服了困难,实现了火箭首飞圆满成功。
而固体运载火箭拥有研发周期短、研发成本低、场区周期短的特点,再加上东方空间从四院获得了2.65米直径固体运载火箭技术,再加上目前跟他运力范围重叠的“朱雀2”仍然处在痛苦的变革阶段,“智神星一号”因为发动机可靠性原因持续推迟,反而让固体的“引力一号”后来居上,瞄准目前正在推进的一系列中小型卫星星座研制。由于目前国内运力不足,运载能力形成的早,就能早捞订单,因此采用固体大型火箭方案反而是在市场环境下的一种智慧。“引力一号”从提出到发射只过了三年。东方空间表示,目前该火箭已经接到包括长光卫星在内的大量订单,数量和质量均居于国内民营首位。该火箭目前计划在2024年第三季度和第四季度再各发射一次。
一系列中大型低轨道互联网/通导/遥感星座的提出对目前民营航天运载火箭的性能产生了较高的需求,如星网工程和G60“沪联网”。而大批量发射这种卫星的线m级别的中型运载火箭并不够看,需要更大的低成本10-20吨级运力的运载火箭,如“朱雀3”“天龙3”等,但这些火箭首飞都要到2024-2025年以后。事实上一款中高性能液体运载火箭的研发需要至少2-3年的时间和较大的资金投入。入局较晚的公司必须形成一种快速产生较大运力的方案。因此东方空间借助“引力一号”运载火箭较大的运载能力仍然可以夺得先机,提前开始批量化发射。为此“引力一号”配置了4200mm大直径整流罩[fat.share.led-lux.com),以适合低轨道星座的堆叠或者侧挂发射方案,也可以发射中小型的货[fact.share.marknitz.com)运飞船或商业卫星拼车发射等载荷。
但是我们仍然需要明白,固体运载火箭受制于燃料成本和较高价值的壳体等限[has.share.kb198.com)制,单位成本一般不会低于7万人民币每公斤(得益于规模较大,“[new.share.al-modhyan.com)引力一号”运载火箭的单位成本低于5万人民币),而液体运载火箭可以[has.share.letsrove.com)达到更低的价格。先进高性能重复使用液体火箭更能大幅度降低发射成本,是实[inch.share.cv4r.com)现大型星座建设必不可少的项目。东方空间
也在推进属于自己的大型液体[of.share.linkcate.com)运载火箭“引力2号”的研制,该运载火箭使用的“原力-85”液氧/[low.share.djxdream.com)煤油火箭发动机在2023年底实现了半系统试车(即燃气发生器-涡[inch.share.going-om.com)轮泵联合试验)。为攻克重复使用的技术难点,东方空间计划在1年内实现垂直起降演示任务。目前该公司已经宣布攻克了先进箭上计算机,[is.share.landtehnik.com)凸优化算法等,计划在2025年首飞“引力2号”大型液体运载火箭。[low.share.sike-edu.com)东方空间CEO表示该火箭单位成本能够接近一次性“猎鹰9”。
结语[fat.share.kognikit.com):另外,此次发射使用的“东方航天港”号发射船是国内首条专用发射船[has.share.wqlcd911.com)。该船排水量22000吨,采用全电推进并且配备自动定位维持系统,可[did.share.obe-one.com)以在海浪冲击的情况下依靠船体侧面的螺旋桨推进实现稳定。但自动定位系统[for.share.sailpl.com)并未在本次发射中使用,而是采用了四个锚分别固定船的四角。“东方航天港”[is.share.wel-hk.com)号还能执行远海发射,并且实现液体运载火箭的发射和回收。在闲暇时刻还能充当运输船进行大件货物运输,实现了一船多用。