快舟11号运载火箭(英文:Kuaizhou-11),是由航天科工集团研制的中型固体运载火箭,全箭采用碳纤维复合材料,选用了三级固体发动机和上面级液体发动机串联式构型,起飞质量78吨,箭体直径2.2米,拥有1吨的太阳同步轨道运载能力和1.5吨的近地轨道运载能力。
2014年,航天科工集团立项研制快舟11号运载火箭。2017年9月,快舟11号运载火箭发射车整车满载试验取得成功。2020年7月10日,快舟11号运载火箭首次飞行任务失利。2022年12月7日,快舟11号遥二运载火箭在中国酒泉卫星发射中心成功发射升空,将交通VDES试验星顺利送入预定轨道。2024年5月21日,快舟11号运载火箭以“一箭四星”方式顺利将“楚天”星座001星、武汉一号卫星等四颗卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。2025年12月13日,快舟11号运载火箭将迪迩五号空间试验器、希望五号二期卫星顺利送入预定轨道,发射任务获得成功。
快舟11运载火箭采用了大吨位车载机动发射、无依托快速测发等关键技术,使用一车一箭的发射方式,具备“三平测发模式(水平组装、水平测试、水平运输)”。快舟11号运载火箭具有“低成本、快响应、移动发射、移动云测控”等特点,其主要承担400千米-1500千米近地和太阳同步轨道小卫星、微小卫星单星及多星组网发射任务。
研发背景
在反卫星武器领域,美国是最早开始研发的一方,早在1984年,美国陆军从太平洋贾林岛试验场发射了一枚导弹,成功地摧毁了从范登堡空军基地发射的一枚“民兵”洲际导弹。这一次试验表明,美国已经具有在外层空间击毁敌方卫星的攻击能力。这是美国军队首次成功的陆基反卫星试验。
海湾战争后的历次局部战争证明,卫星是信息化战争的关键装备,太空已成为未来战争的主战场。随着反卫星技术的发展,各国在轨的侦察、导航、通信卫星,正面临被反卫星武器毁伤的直接威胁。传统航天发射周期长、成本高,无法满足战时卫星快速补发的需求。为此,美国在2002年提出 “太空快速响应作战系统” 概念 —— 一旦己方卫星被摧毁,便能借助预先组装技术快速完成卫星集成,搭配配套快速运载火箭实施应急发射,以经济、高效的方式将备份卫星送入太空,为战场提供实时支援。 “太空快速响应作战系统” 主要用于美国军事应急。比如当发生区域战争时,在很短时间内能够快速装配出一颗卫星,同时配套的快速运载火箭能够应急地将其发射升空。这种卫星成本低,研制周期短,寿命也不要求很长。美国《新闻周刊》曾描述这种卫星说,这是只有洗碗机那么大的卫星,在几天甚至几个小时之内就可以由建造好的零件组装起来,具有“与笔记本类似的即插即用技术”。截至2022年10月,大型卫星多由军队高层使用,用于满足战略需求,与此相比,快速应急卫星更能满足战术需求。在战场上,连排一级都可以直接使用,甚至有可能出现单兵手持相关终端设备直接使用的场景。专家表示世界上只有美国掌握这一技术,且已经趋向成熟——试验型卫星发射完成,已经拥有业务型卫星。英国和法国研制的小卫星项目也有类似意图。俄罗斯将自己退役或即将销毁的多款洲际导弹,如SS-18、SS-19等,改装成为运载火箭,并使其具备从地下发射井直接发射的能力。除了能在国际商业卫星发射市场占据一席之地外,其本身就是太空快速发射系统的一部分。日本新型固体运载火箭“艾普斯龙”于2013年9月14日成功发射,这对于日本来讲就是其太空快速发射系统的重要组成部分。只需要一周时间,发射成本不到3000万美元,就能完成一次发射工作,并将不同用途的小卫星送到太空实施潜在军事任务。
2012年左右,卫星互联网等星座部署初步兴起,国际出现了对卫星批量发射的需求,而固体运载火箭成本低、可靠性高、保障要求低、快速发射能力强,正可以满足市场需求。中国航天三江集团有限公司的研发团队洞察到,发展小型固体运载火箭,会成为支撑航天强国建设的重要发展方向。
研发单位
国家航天局负责快舟11号运载火箭工程研制立项批复。快舟11号运载火箭由中国航天科工集团有限公司负责工程抓总研制,航天科工集团所属中国航天三江集团有限公司承担总体研制任务。快舟火箭总设计师为梁纪秋。
研发模式
快舟11号运载火箭采用“航天系统管理+民企灵活运营”相结合的研发模式,引进民营企业参与产品研发和生产。快舟11号运载火箭能做到每公斤1万美元以下,订单多的情况下,甚至可以做到6000美元以下。在国际发射中,火箭搭载每公斤载荷价格为2万美元左右,快舟系列火箭的性价比极高。
研发历程
2005年,为瞄准应急救灾快速响应需求,航天科工集团联合哈尔滨工业大学,依托各自在运载和卫星领域的技术基础,正式启动了快舟一号星箭一体化飞行器的论证研制工作。星箭一体化技术打破了传统火箭与卫星系统界面关系,加强两系统技术耦合度,通过共用动力、结构、控制、测量等系统,将运载火箭末级整体送入预定轨道并在轨长期工作实现卫星功能,大幅提高了有效载荷利用率,拓展了应用空间。2010年5月,哈尔滨工业大学与航天科工集团共建“快速响应飞行器”等5个产业技术联合实验室。2011年2月,哈尔滨工业大学在黑龙江省科技工作会议交流材料中,第一次提到“十一五”期间承担完成了“快舟”等一批国家重大科研任务。
2012年,航天科工集团成功完成了快舟一号运载火箭的方案飞行试验。2013年9月25日,快舟一号固体运载火箭成功将“快舟一号”飞行器发射升空。2014年11月21日,快舟一号固体运载火箭成功将“快舟二号”飞行器发射升空。为进一步提升中国快速进入空间的能力,航天三江在成功研制快舟一号固体运载火箭的同时,2014年开始快舟11号运载火箭的科研攻关。由于很多技术当时没有研制经验可借鉴,大家只能摸着石头过河。在火箭总设计师和总指挥等骨干力量的带领下,总体与各分系统设计师集智攻关,把总体设计方案不断创新,采用高载荷比快速发射运载火箭总体设计方案。为了提升火箭发射载荷质量与火箭起飞质量之比,研制团队最终采用了一种新型复合材料对箭体主结构进行轻量化设计,极大减轻了箭体的重量。同时,项目团队尽可能摸清火箭设计偏差量,探明火箭设计余量,能减则减,火箭载荷比有了大幅提升。
2016年2月16日,航天科工火箭技术有限公司武汉注册成立,这是中国首家按商业模式开展研发和应用的专业化火箭公司;9月12日,在第二届中国商业航天高峰论坛上,航天科工集团表示快舟11号运载火箭计划于2017年进行发射。9月22日,装药量45吨、推力达180吨的火箭一级发动机地面试车获得圆满成功,该款发动机采用碳纤维复合材料壳体,是目前中国最大尺寸、最大装药、最大推力的固体火箭发动机,达到国际先进技术水平。这次成功试车为“快舟11号运载火箭”首飞及大型固体运载火箭的研发和商业化运作,奠定了坚实的技术基础。11月,在中国国际航空航天博览会上有多款火箭模型展出,中国航天科工集团公司首次展出了快舟11号运载火箭的模型。
2017年2月16日,快舟11号运载火箭二级发动机进行地面点火试验,试车圆满成功,该火箭完成关键技术攻关,进入全箭调试测试阶段。9月,快舟11号运载火箭发射车整车满载试验取得成功。发射车满载起竖试验的完成,标志着快舟11号运载火箭发射车结构系统静力试验顺利完成。
发射历程
2020年7月10日,中国在酒泉卫星发射中心组织实施快舟11号运载火箭首次飞行任务,火箭飞行出现异常,发射任务失利,该次快舟11号运载火箭搭载了哔哩哔哩视频卫星(Jilin 1-GF-02E)。2022年12月7日,快舟11号遥二运载火箭在中国酒泉卫星发射中心成功发射升空,将交通VDES试验星顺利送入预定轨道,发射任务获得圆满成功,该星主要用于开展VDES系统及AIS系统通信试验和关键技术验证。这标志着快舟运载火箭已初具型谱化格局,有力提升了中国低成本快速进入空间的能力。2023年7月,快舟11号运载火箭可“订舱”了,该次发布的舱位,是快舟11号运载火箭2023年第四季度至2024年第四季度5发火箭的剩余货舱,轨道高度为530公里,剩余运力分别为160公斤、400公斤、360公斤、300公斤、300公斤。2024年5月21日12时15分,快舟11号运载火箭在中国酒泉卫星发射中心点火升空,以“一箭四星”方式顺利将“楚天”星座001星、武汉一号卫星等四颗卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。2025年12月13日9时08分,快舟11号运载火箭在中国酒泉卫星发射中心点火升空,将迪迩五号空间试验器、希望五号二期卫星顺利送入预定轨道,发射任务获得成功。该次任务是快舟11号运载火箭的第4次飞行,也是快舟系列运载火箭的第37次飞行。
基本设计
机型结构
快舟11运载火箭采用了全新动力设计,全箭进行了轻量化设计,较之前型号运载能力提升五倍,是一款中型固体运载火箭,全箭采用碳纤维复合材料,采用了三级固体发动机和上面级液体发动机串联式构型,全长25米,起飞质量78吨,箭体直径2.2米,700公里太阳同步轨道运载能力不小于1吨,采用国际通用接口,总体技术达到固体运载火箭国际先进水平。
动力系统
与需要塔架进行发射的火箭不同,快舟11运载火箭采用了大吨位车载机动发射、无依托快速测发等关键技术,使用一车一箭的发射方式,快速到达指定发射区域进行发射任务,从准备到发射只用2—3小时的时间,缩短了发射周期,提高了发射效率。除了大吨位车载机动发射、无依托快速测发技术带来的全域高机动性发射,快舟11号运载火箭还采用了大推力火箭发动机、液体姿控动力系统、高载荷比快速发射等一系列关键技术,大幅提高了商业火箭的高性价比与高可靠性。此外,快舟11运载火箭整流罩是配了2.2米、2.60米、3.1米等规格,运载能力是1吨,满足运载能力和包络要求的载荷基本都能发射。
快舟11运载火箭具备“三平测发模式”:水平组装、水平测试、水平运输,在水平状态完成星箭对接、全箭集成与测试后,整箭水平吊装上运输发射车,车载箭机动至发射场坪,最后火箭在发射车上完成起竖、发射。该模式优势一是灵活机动,二是快速响应。灵活机动指火箭发射不再依赖于某个特定发射场,对发射场保障要求也进一步降低,火箭由发射车拉到一块篮球场大的空地即可发射。快速响应指能够快速集成、快速转场、快速发射,满足星座组网需求对火箭发射履约效率的要求。
武器系统
快舟11运载火箭主要承担400千米-1500千米近地和太阳同步轨道小卫星、微小卫星单星及多星组网发射任务。该型火箭具有“移动测试对接、移动发射、移动云测控”等特点,具备快速发射能力,能够适应多样化发射任务。
设计参数
服役情况
火箭优势
技术创新
动力方面,快舟系列火箭总设计师梁纪秋提出了一项创新技术,实现了液体姿控动力系统结构功能一体化设计的全新技术路线。在箭体重量方面,研发团队创新性地采用新型复合材料,对箭体主结构进行轻量化设计,极大减轻了箭体的重量。研发团队还尽可能摸清火箭设计偏差量,探明火箭设计余量,能减则减,让火箭的载荷比有了大幅提升。提升可靠性,就能提升火箭发射成功率。为此,控制系统团队大胆运用通用化、模块化设计等新手段,提升了控制系统的全面可靠性;软件专业团队测试了火箭测试发射飞行中,近200种正常和异常工况下的正确性;在质量复查中,研发团队大胆引入交叉测评,给质量加上了“双保险”;测控通信团队通宵对比上百个参数、共计几十万行数据,拼接出最全面、最准确的结果。快舟运载火箭研发团队相继攻克了液体姿控动力系统、大推力火箭发动机、高载荷比快速发射、大吨位车载机动发射、无依托快速测发等一系列先进技术,进一步凸显了快舟系列运载火箭“移动测试对接、移动发射、移动云测控”等特点,提升快速发射能力,适应多样化发射任务。
成本优势
截至2017年4月,在国际商业发射中,小型运载发射报价一般为每公斤2.5万到4万美元。快舟11号运载火箭报价不到1万美元,价格极具竞争力。此外,通过科技创新,快舟系列火箭起飞质量较同类产品降低约20吨,仅此一项即可直接降低发射成本逾千万元。
相关评价
快舟11号运载火箭是世界上唯一一款具备1吨级运载能力、可车载发射的固体运载火箭,其运载系数和快速响应能力首屈一指。(中国航天报评)
相比快舟一号甲,快舟11号运载火箭的运载能力提升了5倍左右,能够更好地满足卫星规模化、高密度、快速发射的需求。(新华社评)
其中,快舟11号运载火箭的研制,是一部航天人的追梦史,记录着研发团队的艰苦创业历程。(科技日报评)
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