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让小卫星享专车待遇的快舟火箭

1/15 11月17日18时00分,我国在甘肃酒泉卫星发射中心成功使用快舟一号甲型固体运载火箭以“一箭双星”的方式将全球多媒体卫星系统α阶段A、B卫星发射进入预定轨道。本次发射也是今年内快舟一号甲型火箭第三次成功发射,也是一周内该型火箭的第二次成功发射。

2/15 相比于大家耳熟能详的长征-2F、长征-5,快舟一号甲无论是在名字上还是在推进方式上都显得非常独树一帜。从名称上说,我国以往的长征系列运载火箭均为中国航天科技集团有限公司出品的。而此次发射的快舟一号甲型火箭则是那个之前专注于“送人上西天”的中国航天科工集团旗下的产品。

3/15 目前,快舟系列火箭家族共有快舟一号和快舟一号甲两个成员。明年这一家族的第三名成员——快舟十一号运载火箭也将完成首次发射。在命名方面,快舟系列火箭经常让人“傻傻分不清”,这是因为最早的快舟一号火箭是世界上首开先河的“星箭一体”运载火箭,因此卫星叫“快舟一号”、“快舟二号”,火箭也就跟着叫了“快舟一号”。

4/15 所谓星箭一体化,指的是打破原有的火箭与卫星之间的壁垒,在火箭的末级上直接集成卫星的各种功能。发射后,运载火箭末级将被整体送入轨道,并长期在轨工作。以此种方式设计的火箭,免去了原本卫星的动力、结构、控制系统等,不仅节省了成本,更提高了火箭的载荷效率。

5/15 不过,星箭一体化设计的火箭也非常“专情”,很难适应密集的商业化发射要求——毕竟不能要求每个用户都来发射方这里设计卫星。因此,在快舟一号火箭的研发获得成功之后,航天科工集团又出于商业化的考虑,对快舟一号小型运载火箭进行了通用化改进,这就是快舟一号甲运载火箭。

6/15 相比于长征二号、长征五号这样的液体运载火箭,快舟一号甲这样的固体运载火箭的优势在于其生产时就已经装填了固体燃料,不需要在发射前临时加注燃料,所以其发射响应速度要比液体火箭更快。此外,由于固体燃料不会腐蚀火箭壳体,所以其发射的可靠性也比液体火箭更高一些。

7/15 虽然我国是固体火箭的发源地,不过近代以来的动荡和积贫积弱导致我国在现代固体运载火箭方面起步较晚。上世纪五十年代末期,毛主席在〇九工程(即核潜艇项目)立项时批示:“核潜艇一万年也要搞出来”,这说明了当时我国对核潜艇的重视。而我国的第一代固体火箭——巨浪一号,也正是在这一万众瞩目的项目中诞生的。

8/15 说起巨浪一号,其名字来源还有这样一则趣闻:在最初研制时,这型火箭原名“巨龙”,简称为“JL”。不过后来毛主席得知此事后,认为“龙”字寓意不好,因为他本人在诗词中经常把“龙”比作邪恶之物,比如“今日长缨在手,何时缚住苍龙”等。因此,设计人员就尊重毛主席的意见,为这型火箭改名叫做“巨浪”。而之所以改叫“巨浪”而非其他的什么词,主要是因为两者的简写都是“JL”,这样一来就无需为已经画好的图纸做任何改动了。

9/15 后来,巨浪一号于1982年10月完成了第一次潜艇发射,这标志着我国在完全没有任何外部援助的情况下,仅用了15年时间,就完成了从液体火箭到固体火箭的跨越。这枚巨浪一号也因此成为了包括快舟一号甲在内的我国各种固体火箭的“鼻祖”。

10/15 除了采用固体燃料外,快舟系列火箭的另一个特点是“小”。虽然对于爱好者来说,火箭往往是“越大越好”的,但是大型运载火箭的定位一般是发射大型卫星、空间站、登月器等“高富帅”航天器的,每枚火箭的发射费用自然也相当不菲。而小型卫星想要在这样的火箭上发射,则只能选择与其他小卫星“拼车”或者跟着大卫星“搭便车”。但对于某些轨道特殊或发射窗口要求严格的小型卫星来说,“拼车”和“搭便车”的机会也就非常少了。而快舟系列小型固体运载火箭正是为了满足这些“特立独行”的小卫星的特殊需求而量身打造的。

11/15 由于火箭本身较小,且运载的卫星也比较小,在结合我国在TEL车发展上的独特优势,快舟系列运载火箭也是继俄罗斯START-1固体运载火箭(由白杨-M战略导弹改造而来);长征十一号固体运载火箭之后,世界上第三个拥有无依托机动发射能力的运载火箭。

12/15 除了“快”和“小”两个优势外,快舟一号甲型运载火箭还是我国第一型能够进行“星箭通信空空链路对接”的运载火箭。这一功能指的是,快舟一号甲型运载火箭的末级本身增加了通信终端和中继天线。这样做的好处是,在星箭分离之后,火箭末级依旧可以为地面跟踪站中继传输卫星的实时信息。在我们向地球的另一端发射卫星时,这可以避免地面跟踪站丢失卫星信号。

13/15 最后,在成本方面,此前曾有传言称快舟一号甲运载火箭的每公斤发射成本小于一万美元,是我国单位发射成本最低的运载火箭。不过这一说法尚有待推敲。一般而言,固体火箭的发射成本高于液体火箭且小型火箭的发射成本高于大型运载火箭。两相叠加,快舟一号甲这样的小型固体运载火箭的单位发射成本是很难比大型火箭的发射成本更低的。目前,我国长征三号乙型运载火箭的商业报价为7000万美元,其SSO运载能力为7.1吨、LEO运载能力为11.5吨,折合单位(千克)发射价格分别为9850美元和6080美元。而快舟一号甲的SSO和GTO发射单价则肯定要比这两个数字更高。当然,小型固体火箭发射成本比大型液体火箭高倒也并不是什么“丢人”的事情,毕竟国际同行的每公斤发射价格都能达到三万美元上下。

14/15 未来,除了快舟一号系列小型火箭和快舟十一号系列中型运载火箭外,航天科工集团还在积极研制更大型的快舟二十一号系列重型运载火箭。如果该型火箭研制成功,将使快舟系列成为继长征系列运载火箭之后,我国又一个完整的运载火箭大家族。

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