中科宇航的力箭一号运载火箭首飞试验研制情况及相关设施介绍

　　来源中科宇航官方公众号
　　2022年7月27日12时12分，力箭一号（ZK1A）运载火箭在酒泉卫星发射中心采用一箭六星的方式，顺利将六颗卫星送入预定轨道，首飞任务取得圆满成功。力箭一号运载火箭是我国最大的固体运载火箭，500km太阳同步轨道（SSO）最大运载能力1500kg，由中国科学院力学研究所抓总、中科宇航公司联合研制。
　　力箭一号遥一飞行试验力箭一号情况概述
　　力箭一号为中型固体运载火箭，主要用于太阳同步轨道和近地轨道中小型航天器发射任务，支持单星发射、多星发射、星座快速组网和补网发射。在酒泉卫星发射中心130号场坪设专有发射工位，工位设移动式环境保障装置，具备快速响应、使用灵活、高效发射、批量存储、滚动备份等特点。
　　力箭一号采用四级固体发动机串联式布局方案，起飞重量约135t，全长约30m，最大箭体直径为2。65m，500km太阳同步轨道（SSO）最大运载能力1500kg。
　　力箭一号运载火箭
　　火箭采用三平一垂发射模式，有效载荷与整流罩在有效载荷技术厂房进行总装，之后将星罩组合体翻转为水平状态，整体水平运输至火箭技术厂房，在火箭技术厂房进行水平对接；运输保障车装载全箭，水平运输至发射区，在发射区进行水平测试，整体起竖后进行发射。
　　发射场坪设备布置
　　力箭一号研制历时1303天，共完成151项、761次地面试验，编写代码27。73万行，绘制图纸646张，撰写项目文件850余份。突破大吨位固体运载器总体优化设计与试验、先进动力系统及矢量控制、集中分布式现代航天电子、低成本箭体结构及分离、智慧飞行控制、大吨位固体火箭地面使用及热发射6项重大关键技术，对工程各系统间接口匹配性、各项技术流程合理性、力热环境条件制定准确性及箭上产品环境适应性、火箭技术方案正确性等进行了充分的考核和验证。力箭一号遥一飞行试验情况
　　力箭一号首飞搭载的六颗卫星，分别是中国科学院微小卫星创新研究院抓总研制的空间新技术试验卫星（621。87公斤）、轨道大气密度探测试验卫星（41。54公斤）、低轨道量子密钥分发试验卫星（94。3公斤）、电磁组装试验双星（95。41公斤），以及上海航天空间技术有限公司研制的南粤科学星（45。86公斤）。首次飞行试验上行载荷1068。63公斤，卫星总重899公斤，充分了考核了运载火箭的综合性能。
　　遥一飞行试验卫星布局
　　空间新技术试验卫星提出通用卫星平台开放式载荷舱，搭载极紫外成像仪、宽视场龙虾眼相机、绿色高能HAN基单元液体推进系统、无毒凝胶化HAN推进系统、异构多核智能处理单元等载荷，主要任务目标是开展空间探测新技术验证，包括开展太阳过渡区、空间高能爆发事件、X射线暂现源等空间天文观测，以及地磁场的精密测量。为后续更高性能的空间科学探测研究积累空间载荷研制基础。
　　空间新技术试验卫星通用卫星平台开放式载荷舱
　　轨道大气密度探测试验卫星是热层大气密度探测科学实验卫星，利用GNSS数据以及地面基于角反射镜的测定轨数据，分析大气阻力造成的轨道变化，反演获得精确的热层大气密度，从而逐渐建立高精度大气模型，满足低轨航天器对高精度轨道大气模型应用的需求。
　　低轨道量子密钥分发试验卫星是一颗微纳量子通信试验卫星，开展星地量子密钥分发技术及应用的在轨测试验证，以期加速星地一体化的量子通信网络建设。
　　电磁组装试验双星开展电磁力约束下的立方星在轨近距离分离与对接试验，首次验证星间电磁力作用规律，及与卫星控制力的耦合问题，同时配置了成像载荷实现对地遥感成像，为后续发展航天器分布式可重构技术，及空间非接触作用奠定基础。
　　南粤科学星隶属于海特2星座（简称HT2星座），主载荷是全球导航卫星发射系统海陆环境探测载荷，以BD、GPS等GNSS卫星为发射源，利用天基平台接收并处理地球表面反射信号，以实现对海洋、陆地水资源环境要素的综合探测。
　　力箭一号首飞工程运载试验队和卫星试验队合影留念
　　飞行过程中各级固体发动机工作正常、各级伺服跟踪指令正常，级间分离正常、整流罩分离正常、星箭分离正常，分离后各星均正常完成速率阻尼、展开帆板并开展在轨测试工作。初步判读结果如下：
　　（1）各级固体发动机工作性能与预示结果相比偏差较小，满足指标要求。
　　（2）一子级、二子级、整流罩残骸在预示落点附近，无人员和财产损失。
　　（3）星箭分离姿态角速度：A星分离前0。2s，其他星分离前0。6s。
　　（5）入轨精度：半长轴偏差545m、偏心率偏差1106、轨道倾角偏差0。0005。
　　首次飞行试验一箭六星高精度入轨力箭一号技术创新
　　（1）国内最大型运载火箭总体优化设计
　　创新采用面向单机多专业协同设计，各系统方案全局优化，大幅提高火箭综合性能，运载系数1。12。
　　（2）国内首创大吨位箭体水平模态试验
　　创新性的采用真药发动机水平状态、以空气弹簧多点支撑状态，大幅缩短试验周期、降低保障条件、减少研制费用。
　　空气弹簧多点支撑水平模态试验
　　（3）国内最大整体装药固体发动机
　　攻克大型药柱结构设计及装药、大流量耐烧蚀柔性喷管柔性接头设计及成型、高性能复合材料壳体成型等技术，国内首次将发动机推力提升到200吨级，提升1倍。
　　200吨级固体发动机与30kW大功率电动伺服联合试车
　　（4）国内首个异型结构固体发动机
　　攻克了PBO纤维球形缠绕、前摆心柔性摆动喷管技术等核心技术，发动机质量比达到0。91，为国内同等规模最大。
　　（5）国内首个测控融合新型架构航电系统
　　实现单机功能化、功能板卡化、板卡通用化，通过自定义通讯协议连接各板卡，形成硬件通用化、软件定义化能力。
　　（6）国内首个数据驱动地面测发控软件
　　将软件和数据分离、数据驱动流程，测发流程和操控界面由自定义数据驱动。箭上和地面设备数量大幅减少，软件定义火箭初具雏形。
　　（7）国内首个大分离力、无污染分离能源
　　开展国内首个大分离力、无污染冷气推冲分离装置研制，在我国火箭分离技术上，增加了可检测的新型分离能源形式。
　　（8）国内首个固液融合低成本结构设计
　　国内首次将固体发动机与蒙皮桁条结构部段结合，完成不同功能与承载部段的框桁统一化设计、不同结构型面的点式连接解锁统一化设计、工装型架统一化设计等，实现低成本和快速制造目标。
　　力箭一号结构部段
　　（9）国内首个5ms控制周期下三冗余CPU软件
　　采用三冗余CPU，控制周期为5ms，优化计算时间和同步时间，兼顾了火箭飞行高精度和高可靠性。
　　（10）国内首个分层架构飞行控制系统
　　将嵌入式整体飞控软件分为功能层、通讯层和驱动层三层结构；优化飞控算法，采用大后效残余推力精确入轨修正、自适应变增益推力下降段姿态控制技术，实现百米级高精度入轨和全程稳定姿态控制。
　　（11）国内首个多功能可组装移动式环境保障厂房
　　具备发射区全箭环境保障及发射台长期存放环境保障功能，大幅节约地面保障设备经费。
　　（12）国内最大规模水平起竖车
　　突破多油缸起竖同步载荷设计和工艺实现难题，圆满完成135吨箭体起竖任务。
　　（13）国内最大热发射固体火箭技术
　　采用导流槽单侧排导燃气流方案，首飞热防护方案经考核、验证措施有效，降低发射维护成本。
　　135吨箭体起竖力箭一号模式创新
　　（1）中国科学院与其产业化平台联合研制
　　由中国科学院力学研究所抓总，中科宇航公司作为产业化平台联合研制。
　　以工程科学为指导思想，发展创新性、先进性、经济性的运载火箭，为中科院各学科体系融合提供闭环平台，致力于推动我国运载技术和研制模式的变革和创新、推动空间科学发展。
　　产业化平台采用以国资、地方政府资金为主的融资方式，支撑项目研制、产业化运作，承担相关分系统研制工作，打造混合所有制成果转化与产业化公司。
　　（2）面向单机的总体集成优化
　　将传统总体分系统单机的研制流程优化为总体面向单机的快速迭代研制模式，实现从各系统单专业的局部优化到总体方案全局优化的转变。
　　首次搭建了总体协同设计平台，淡化和虚化分系统的概念，面向单机开展多专业协同设计，为专业融合发展和新技术采用创造了条件，火箭运载系数实现1。12，达到国际先进水平。
　　（3）精益经济的质量管理模式
　　设计源头降成本：总体优化，提升综合性能；
　　产品源头降成本：统一化、通用化、产品化设计；建立面向全社会的开放式、现代化的供应链；
　　过程控制降成本：开放式、信息化的全寿命周期质量管理体系，降低过程控制成本；
　　使用模式降成本：固体火箭低保障、快速发射的技术标准、使用流程及评估方法，降低使用成本。