來源中科宇航官方公眾號

2022年7月27日12時12分,“力箭一號”（ZK-1A）運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心采用“一箭六星”的方式，順利將六顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，首飛任務(wù)取得圓滿成功。“力箭一號”運(yùn)載火箭是我國最大的固體運(yùn)載火箭，500km太陽同步軌道（SSO）最大運(yùn)載能力1500kg，由中國科學(xué)院力學(xué)研究所抓總、中科宇航公司聯(lián)合研制。

力箭一號遙一飛行試驗(yàn)

力箭一號情況概述

“力箭一號”為中型固體運(yùn)載火箭，主要用于太陽同步軌道和近地軌道中小型航天器發(fā)射任務(wù)，支持單星發(fā)射、多星發(fā)射、星座快速組網(wǎng)和補(bǔ)網(wǎng)發(fā)射。在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心130號場坪設(shè)專有發(fā)射工位，工位設(shè)移動式環(huán)境保障裝置，具備快速響應(yīng)、使用靈活、高效發(fā)射、批量存儲、滾動備份等特點(diǎn)。

“力箭一號”采用四級固體發(fā)動機(jī)串聯(lián)式布局方案，起飛重量約135t，全長約30m，最大箭體直徑為2.65m，500km太陽同步軌道（SSO）最大運(yùn)載能力1500kg。

力箭一號運(yùn)載火箭

火箭采用“三平一垂”發(fā)射模式，有效載荷與整流罩在有效載荷技術(shù)廠房進(jìn)行總裝，之后將星罩組合體翻轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)，整體水平運(yùn)輸至火箭技術(shù)廠房，在火箭技術(shù)廠房進(jìn)行水平對接；運(yùn)輸保障車裝載全箭，水平運(yùn)輸至發(fā)射區(qū)，在發(fā)射區(qū)進(jìn)行水平測試，整體起豎后進(jìn)行發(fā)射。

發(fā)射場坪設(shè)備布置

力箭一號研制歷時1303天，共完成151項(xiàng)、761次地面試驗(yàn)，編寫代碼27.73萬行，繪制圖紙646張，撰寫項(xiàng)目文件850余份。突破大噸位固體運(yùn)載器總體優(yōu)化設(shè)計與試驗(yàn)、先進(jìn)動力系統(tǒng)及矢量控制、集中-分布式現(xiàn)代航天電子、低成本箭體結(jié)構(gòu)及分離、智慧飛行控制、大噸位固體火箭地面使用及熱發(fā)射6項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)，對工程各系統(tǒng)間接口匹配性、各項(xiàng)技術(shù)流程合理性、力/熱環(huán)境條件制定準(zhǔn)確性及箭上產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性、火箭技術(shù)方案正確性等進(jìn)行了充分的考核和驗(yàn)證。

力箭一號遙一飛行試驗(yàn)情況

力箭一號首飛搭載的六顆衛(wèi)星，分別是中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院抓總研制的空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星（621.87公斤）、軌道大氣密度探測試驗(yàn)衛(wèi)星（41.54公斤）、低軌道量子密鑰分發(fā)試驗(yàn)衛(wèi)星（94.3公斤）、電磁組裝試驗(yàn)雙星（95.41公斤），以及上海航天空間技術(shù)有限公司研制的南粵科學(xué)星（45.86公斤）。首次飛行試驗(yàn)上行載荷1068.63公斤，衛(wèi)星總重899公斤，充分了考核了運(yùn)載火箭的綜合性能。

遙一飛行試驗(yàn)衛(wèi)星布局

空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星提出“通用衛(wèi)星平臺+開放式載荷艙”，搭載極紫外成像儀、寬視場龍蝦眼相機(jī)、綠色高能HAN基單元液體推進(jìn)系統(tǒng)、無毒凝膠化HAN推進(jìn)系統(tǒng)、異構(gòu)多核智能處理單元等載荷，主要任務(wù)目標(biāo)是開展空間探測新技術(shù)驗(yàn)證，包括開展太陽過渡區(qū)、空間高能爆發(fā)事件、X射線暫現(xiàn)源等空間天文觀測，以及地磁場的精密測量。為后續(xù)更高性能的空間科學(xué)探測研究積累空間載荷研制基礎(chǔ)。

空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“通用衛(wèi)星平臺+開放式載荷艙

軌道大氣密度探測試驗(yàn)衛(wèi)星是熱層大氣密度探測科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，利用GNSS數(shù)據(jù)以及地面基于角反射鏡的測定軌數(shù)據(jù)，分析大氣阻力造成的軌道變化，反演獲得精確的熱層大氣密度，從而逐漸建立高精度大氣模型，滿足低軌航天器對高精度軌道大氣模型應(yīng)用的需求。

低軌道量子密鑰分發(fā)試驗(yàn)衛(wèi)星是一顆微納量子通信試驗(yàn)衛(wèi)星，開展星地量子密鑰分發(fā)技術(shù)及應(yīng)用的在軌測試驗(yàn)證，以期加速星地一體化的量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

電磁組裝試驗(yàn)雙星開展電磁力約束下的立方星在軌近距離分離與對接試驗(yàn)，首次驗(yàn)證星間電磁力作用規(guī)律，及與衛(wèi)星控制力的耦合問題，同時配置了成像載荷實(shí)現(xiàn)對地遙感成像，為后續(xù)發(fā)展航天器分布式可重構(gòu)技術(shù)，及空間非接觸作用奠定基礎(chǔ)。

南粵科學(xué)星隸屬于海特-2星座（簡稱HT-2星座），主載荷是全球?qū)Ш叫l(wèi)星發(fā)射系統(tǒng)海陸環(huán)境探測載荷，以BD、GPS等GNSS衛(wèi)星為發(fā)射源，利用天基平臺接收并處理地球表面反射信號，以實(shí)現(xiàn)對海洋、陸地水資源環(huán)境要素的綜合探測。

力箭一號首飛工程運(yùn)載試驗(yàn)隊(duì)和衛(wèi)星試驗(yàn)隊(duì)合影留念

飛行過程中各級固體發(fā)動機(jī)工作正常、各級伺服跟蹤指令正常，級間分離正常、整流罩分離正常、星箭分離正常，分離后各星均正常完成速率阻尼、展開帆板并開展在軌測試工作。初步判讀結(jié)果如下：

（1）各級固體發(fā)動機(jī)工作性能與預(yù)示結(jié)果相比偏差較小，滿足指標(biāo)要求。

（2）一子級、二子級、整流罩殘骸在預(yù)示落點(diǎn)附近，無人員和財產(chǎn)損失。

（3）星箭分離姿態(tài)角速度：A星分離前0.2 /s，其他星分離前0.6 /s。

（5）入軌精度：半長軸偏差545m、偏心率偏差1 10-6、軌道傾角偏差0.0005 。

首次飛行試驗(yàn)“一箭六星”高精度入軌

力箭一號技術(shù)創(chuàng)新

（1）國內(nèi)最大型運(yùn)載火箭總體優(yōu)化設(shè)計

創(chuàng)新采用面向單機(jī)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，各系統(tǒng)方案全局優(yōu)化，大幅提高火箭綜合性能，運(yùn)載系數(shù)1.12%。

（2）國內(nèi)首創(chuàng)大噸位箭體水平模態(tài)試驗(yàn)

創(chuàng)新性的采用真藥發(fā)動機(jī)水平狀態(tài)、以空氣彈簧多點(diǎn)支撐狀態(tài)，大幅縮短試驗(yàn)周期、降低保障條件、減少研制費(fèi)用。

空氣彈簧多點(diǎn)支撐水平模態(tài)試驗(yàn)

（3）國內(nèi)最大整體裝藥固體發(fā)動機(jī)

攻克大型藥柱結(jié)構(gòu)設(shè)計及裝藥、大流量耐燒蝕柔性噴管柔性接頭設(shè)計及成型、高性能復(fù)合材料殼體成型等技術(shù)，國內(nèi)首次將發(fā)動機(jī)推力提升到200噸級，提升1倍。

200噸級固體發(fā)動機(jī)與30kW大功率電動伺服聯(lián)合試車

（4）國內(nèi)首個異型結(jié)構(gòu)固體發(fā)動機(jī)

攻克了PBO纖維球形纏繞、前擺心柔性擺動噴管技術(shù)等核心技術(shù)，發(fā)動機(jī)質(zhì)量比達(dá)到0.91，為國內(nèi)同等規(guī)模最大。

（5）國內(nèi)首個測控融合新型架構(gòu)航電系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)“單機(jī)功能化、功能板卡化、板卡通用化”，通過自定義通訊協(xié)議連接各板卡，形成硬件通用化、軟件定義化能力。

（6）國內(nèi)首個數(shù)據(jù)驅(qū)動地面測發(fā)控軟件

將軟件和數(shù)據(jù)分離、數(shù)據(jù)驅(qū)動流程，測發(fā)流程和操控界面由自定義數(shù)據(jù)驅(qū)動。箭上和地面設(shè)備數(shù)量大幅減少，軟件定義火箭初具雛形。

（7）國內(nèi)首個大分離力、無污染分離能源

開展國內(nèi)首個大分離力、無污染冷氣推沖分離裝置研制，在我國火箭分離技術(shù)上，增加了可檢測的新型分離能源形式。

（8）國內(nèi)首個固液融合低成本結(jié)構(gòu)設(shè)計

國內(nèi)首次將固體發(fā)動機(jī)與蒙皮桁條結(jié)構(gòu)部段結(jié)合，完成不同功能與承載部段的框桁統(tǒng)一化設(shè)計、不同結(jié)構(gòu)型面的點(diǎn)式連接解鎖統(tǒng)一化設(shè)計、工裝型架統(tǒng)一化設(shè)計等，實(shí)現(xiàn)低成本和快速制造目標(biāo)。

力箭一號結(jié)構(gòu)部段

（9）國內(nèi)首個5ms控制周期下三冗余CPU軟件

采用三冗余CPU，控制周期為5ms，優(yōu)化計算時間和同步時間，兼顧了火箭飛行高精度和高可靠性。

（10）國內(nèi)首個分層架構(gòu)飛行控制系統(tǒng)

將嵌入式整體飛控軟件分為功能層、通訊層和驅(qū)動層三層結(jié)構(gòu)；優(yōu)化飛控算法，采用大后效殘余推力精確入軌修正、自適應(yīng)變增益推力下降段姿態(tài)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)百米級高精度入軌和全程穩(wěn)定姿態(tài)控制。

（11）國內(nèi)首個多功能可組裝移動式環(huán)境保障廠房

具備發(fā)射區(qū)全箭環(huán)境保障及發(fā)射臺長期存放環(huán)境保障功能，大幅節(jié)約地面保障設(shè)備經(jīng)費(fèi)。

（12）國內(nèi)最大規(guī)模水平起豎車

突破多油缸起豎同步載荷設(shè)計和工藝實(shí)現(xiàn)難題，圓滿完成135噸箭體起豎任務(wù)。

（13）國內(nèi)最大熱發(fā)射固體火箭技術(shù)

采用導(dǎo)流槽單側(cè)排導(dǎo)燃?xì)饬鞣桨?，首飛熱防護(hù)方案經(jīng)考核、驗(yàn)證措施有效，降低發(fā)射維護(hù)成本。

135噸箭體起豎

力箭一號模式創(chuàng)新

（1）中國科學(xué)院與其產(chǎn)業(yè)化平臺聯(lián)合研制

由中國科學(xué)院力學(xué)研究所抓總，中科宇航公司作為產(chǎn)業(yè)化平臺聯(lián)合研制。

以“工程科學(xué)”為指導(dǎo)思想，發(fā)展創(chuàng)新性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性的運(yùn)載火箭，為中科院各學(xué)科體系融合提供閉環(huán)平臺，致力于推動我國運(yùn)載技術(shù)和研制模式的變革和創(chuàng)新、推動空間科學(xué)發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)化平臺采用以國資、地方政府資金為主的融資方式，支撐項(xiàng)目研制、產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作，承擔(dān)相關(guān)分系統(tǒng)研制工作，打造混合所有制成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化公司。

（2）面向單機(jī)的總體集成優(yōu)化

將傳統(tǒng)總體-分系統(tǒng)-單機(jī)的研制流程優(yōu)化為總體面向單機(jī)的快速迭代研制模式，實(shí)現(xiàn)從各系統(tǒng)單專業(yè)的“局部優(yōu)化”到總體方案“全局優(yōu)化”的轉(zhuǎn)變。

首次搭建了“總體協(xié)同設(shè)計平臺”，淡化和虛化分系統(tǒng)的概念，面向單機(jī)開展多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，為專業(yè)融合發(fā)展和新技術(shù)采用創(chuàng)造了條件，火箭運(yùn)載系數(shù)實(shí)現(xiàn)1.12%，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

（3）精益經(jīng)濟(jì)的質(zhì)量管理模式

設(shè)計源頭降成本：總體優(yōu)化，提升綜合性能；

產(chǎn)品源頭降成本：統(tǒng)一化、通用化、產(chǎn)品化設(shè)計；建立面向全社會的開放式、現(xiàn)代化的供應(yīng)鏈；

過程控制降成本：開放式、信息化的全壽命周期質(zhì)量管理體系，降低過程控制成本；

使用模式降成本：固體火箭低保障、快速發(fā)射的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、使用流程及評估方法，降低使用成本。