快舟一号

快舟一号

21世紀10年代中國研制的小型固體運載火箭
快舟一号(代号:KZ-1),是中國航天科工集團有限公司所屬航天科工火箭技術有限公司與哈爾濱工業大學衛星技術研究所合作研制的一種小型三級固體運載火箭,主要用于發射各類災害應急監測和搶險救災信息支持衛星。[1]快舟一号火箭從2003年開始啟動研制,2013年9月25日在酒泉衛星發射中心發射成功,将“快舟一号衛星”送入預定軌道。2014年11月21日,在酒泉第二次發射成功,将“快舟二号衛星”送入預定軌道。快舟一号采用國際先進的星箭一體化技術,是中國首個具有快速集成、快速入軌能力的小型固體運載火箭,使中國航天發射運載工具由液體運載火箭拓展到固體運載火箭,初步形成了中國亟需的空間快速響應能力。
  • 中文名:快舟一号
  • 外文名:Kuai Zhou-1
  • 前型/級:
  • 次型/級:
  • 研制單位:
  • 國家:中國
  • 設計單位:航天科工火箭技術有限公司、哈爾濱工業大學衛星技術研究所
  • 火箭代号:KZ-1
  • 運載能力:太陽同步軌道200千克(SSO)
  • 火箭現狀:在役

發展沿革 

研制背景

20世紀90年代初海灣戰争以來的幾次戰争已經證明,衛星是打赢信息化戰争不可或缺的關鍵裝備,太空是未來戰争的主戰場。随着反衛星技術的發展,各國太空軌道上的偵察、導航、通訊等衛星都面臨着被反衛星武器摧毀殺傷的現實威脅。而傳統的航天發射研制、發射和準備周期長、費用高昂,無法及時響應衛星補發需求。正因如此,美國在2002年提出“太空快速響應作戰系統”的概念,主要是己方衛星被摧毀時,利用預先組裝和快速發射技術,在極短時間内裝配完成衛星,再利用配套的快速運載火箭實現應急發射,準确、快速、經濟地将備份衛星送入太空,為己方提供實時戰場支持。

美國空軍最早提出“太空快速響應”概念,主要用于軍事應急,當發生區域戰争時,快速裝配出一顆衛星,同時,配套的快速運載火箭能夠應急地将其發射升空,保證從提出作戰需求到航天器部署完畢,隻需要幾天或幾周時間。

從1999 年概念的提出,美國在該領域已取得了許多進展,包括利用已有的退役或現役洲際導彈改裝成為快速發射系統,如美國的米諾陶運載火箭。

美國《新聞周刊》曾描述這種衛星說,這是隻有洗碗機那麼大的衛星,在幾天甚至幾個小時之内就可以由建造好的零件組裝起來,具有“與筆記本類似的即插即用技術”

大型衛星多由軍隊高層使用,用于滿足戰略需求,與此相比,快速應急衛星更能滿足戰術需求。在戰場上,連排一級都可以直接使用,甚至有可能出現單兵手持相關終端設備直接使用的場景。專家介紹說,世界上隻有美國掌握這一技術,且已經趨向成熟——試驗型衛星發射完成,已經擁有業務型衛星。英國和法國研制的小衛星項目也有類似意圖。

俄羅斯就将自己退役或即将銷毀的多款洲際導彈,如SS-18、SS-19 等,改裝成為運載火箭,并具備從地下發射井直接發射的能力。除了能在國際商業衛星發射市場占據一席之地外,其本身就是太空快速發射系統的一部分。日本新型固體運載火箭“艾普斯龍”于2013 年9 月14 日成功發射,這對于日本來講就是其太空快速發射系統的重要組成部分。隻需要一周時間,發射成本不到3000 萬美元,就能完成一次發射工作,并将不同用途的小衛星送到太空實施潛在軍事任務。

“太空快速響應作戰”系統,是美國軍方首先提出的一項計劃,主要用于軍事應急。比如當發生區域戰争時,在很短時間内能夠快速裝配出一顆衛星,同時配套的快速運載火箭能夠應急地将其發射升空。這種衛星成本低,研制周期短,壽命也不要求很長。美國《新聞周刊》曾描述這種衛星說,這是隻有洗碗機那麼大的衛星,在幾天甚至幾個小時之内就可以由建造好的零件組裝起來,具有“與筆記本類似的即插即用技術”。除了組裝和發射速度快,與現有的大型衛星相比,這種衛星更能滿足戰術需求。在戰場上,連排一級都可以直接使用,甚至有可能出現單兵手持相關終端設備直接使用的場景。而的大型衛星都由軍隊高層使用,用于滿足戰略需求。據他介紹,世界上隻有美國掌握這一技術,且已經趨向成熟——試驗型衛星發射完成,已經擁有業務型衛星。英國和法國研制的小衛星項目也有類似意圖。

研制曆程

2003年,快舟火箭的研制工作啟動。為了研制具有發射快、低成本等優點的固體運載火箭,适應航天發射領域的新趨勢,研發團隊提出采用尚無先例的星箭一體化技術,使任務載荷運送能力提高兩倍以上。

2009年,快舟火箭方案中采用的大量新概念、新技術相關論證方案,通過航天專家組評審。

2011年,中國航天科工集團有限公司所屬原四院、原九院重組建立了新四院,鞏固和提升了快舟固體運載火箭的研制能力。快舟火箭在多年的研制過程中,共申請了42項專利,其中發明專利18項,很多技術都是國際領先、國内創新,僅結構分系統就有專利近30項。

2013年9月25日12時37分,快舟一号固體小型運載火箭,以一車一箭車載機動發射方式,成功地将”快舟一号衛星“送入預定軌道。

2014年11月21日14時37分,快舟火箭在酒泉發射成功,将“快舟二号衛星“送入預定軌道,并創造了中國航天快速發射新紀錄。

2017年1月9日12時11分,快舟一号甲小型運載火箭在酒泉成功發射,将吉林一号靈巧視頻03星和同時搭載行雲試驗一号、凱盾一号兩顆立方體星送入預定軌道。該次任務采用純商業發射合同組織形式,完全按市場行為運作,是快舟火箭的“商業第一單”,标志着中國在商業航天領域邁出新步伐。

技術特點

多快好省輕

快舟一号火箭具有“多、快、好、省、輕”和技術創新的特點。

即載荷能力多,一般可把一噸重的小衛星發射入軌。對于小于10千克的納米衛星,可以“一箭多星”,快速将各類小衛星送入軌道,完成包括應急通訊、應急導航、應急偵察等諸多任務。

即快速發射。不僅單次發射時間快,火箭和衛星進場後不到一周即可發射,還可以在短時間内連續多次發射,同一批次組織多次發射。該火箭為固體運載火箭,可實現地下發射井、車載機動、簡易塔架等多種方式發射,甚至可以從戰略導彈核潛艇上機動發射,可以擺脫對大型衛星發射基地的依賴。

即效果好。世界核大國等均有大量中遠程固體和液體彈道導彈,其中很多達到或接近退役時間,要麼拆解,要麼抽檢打靶試驗。如果能改造為太空快速發射系統用來發射衛星,既可檢驗技術性能,又提供了新的商業發射平台。

即省錢。正規的大型運載火箭每次發射至少需5000 萬美元,如果能讓“低成本”的“小運載火箭”實現小載荷發射,尤其是将退役導彈“廢物利用”,這不僅能降低發射成本,也讓一些國家少了一大筆銷毀導彈的額外成本,可謂兩全其美。

即重量小。要“快”,就得更“輕”,航天科工的研發團隊大膽提出了将安全機構的尺寸及重量縮小至現有産品的五分之一,對這個近乎“瘋狂”的方案,進行了反反複複近50次試驗調試,最終實現了技術和材料的升級更新,并獲得一項國防專利。經中國八位院士組成的專家組評定,快舟火箭的運載系數已處于國際領先水平。

星箭一體化

快舟一号作為一種快速應急部署的星箭一體化組合體,出廠時,就是‘衛星-運載火箭-發射筒-發射車’的組合體,外觀類似公路機動式洲際導彈系統,比如中國的東風-31A或俄羅斯‘白楊M’,平時密封儲存在發射筒内,可以保存至少好幾年。一旦在發生戰争或自然災害時,能在隐蔽掩護下機動到達預定發射陣地,在幾小時到幾天内快速發射入軌,并馬上開始執行任務。而常規發射至少需要6-9個月準備時間,而且衛星入軌後還要進行長時間的調試。正如《裝備指揮技術學院學報》2011年第5期的一篇文章寫道:“應急空間飛行器是一類快速集成、快速入軌、快速實現、具有星箭一體化創新特點的新概念飛行器。常規衛星通常是研制1顆、生産1顆、發射1顆,該飛行器卻與導彈一樣,批量生産,長期貯備,一次性使用。”

技術創新

快舟一号火箭在中國首次采用栅格舵控制技術,是中國首個具有快速集成、快速入軌能力的小型固體運載火箭,創造了中國航天發射的最快紀錄。

設計參數

中文名稱

快舟一号

火箭代号

KZ-1

子級數量

3

全箭全長

30米

箭體直徑

1.4米

火箭推進劑

固體燃料

起飛質量

30噸

整流罩直徑

1.2米/1.4米

運載能力

700千米太陽同步軌道200千克

首次發射

2013年9月25日

系列型号

飛天一号

飛天一号(代号:FT-1)是快舟一号的商業發射版運載火箭。2014年,中國航天科工集團有限公司在中國珠海航展上展出了飛天一号模型和介紹展闆。

快舟一号甲

快舟一号甲小型運載火箭是在快舟一号火箭基礎上适應性改進的一型低成本、高可靠性的通用型固體運載火箭,采用國際通用接口,可為300千克級及以下低軌小衛星提供發射服務,具有發射成本低、準備周期短、保障條件少和快速集成、快速入軌等特點。

快舟一号甲采用水平集成對接、水平測試、水平轉運方式,以一車一箭為基本發射單元,避免了傳統火箭對發射塔架的依賴,對發射場保障要求進一步降低。快舟一号甲火箭對700千米太陽同步軌道的運載能力為200千克,從運載火箭産品運抵發射場到完成發射任務隻需要7天時間,而發射當天從技術區轉場到發射區完成發射,整個發射區流程不到4小時。

快舟十一号

快舟十一号是在快舟一号甲的基礎上改進研制的新型火箭。

2014年9月,中國航天科工集團有限公司正式立項研制快舟十一号火箭,是按照新一代航天發射和應用”戰略發展規劃及部署,面向全球商業航天發射需求研制的固體運載火箭,充分繼承了快舟一号的技術特點,能滿足衛星商業化高密度、快速發射需求。該火箭采用移動方式發射,近地軌道最大運載能力1.5噸,主要面向400至1500千米近地軌道和太陽同步軌道衛星,執行單星或多星組網發射服務。

應用動态

搜索馬航

2014年3月27日,中國科學技術部披露信息,該部所屬國家遙感中心對馬航失聯客機疑似海域組織開展了多次“快舟一号”衛星成像工作,并将所獲取的數據及相關信息,及時提供給中國科學院遙感與數字地球研究所、中國資源衛星應用中心、國家衛星海洋應用中心等開展馬航失聯客機搜尋救援的遙感監測單位。

2014年3月20日,科技部國家遙感中心及時安排“快舟一号”衛星應急成像規劃;

截至3月21日,為搜尋馬航失聯客機,“快舟一号”衛星已獲取疑似目标區域99景數據,數據量54.21GB,成像覆蓋面積約11.5萬平方公裡。

3月22日,衛星又成功獲取南印度洋疑似失事海域的影像産品27景,經初步判讀,未發現可疑殘骸。

使命結束

2015年9月11日,“快舟一号”試驗衛星由于燃料耗盡,已于近日墜入南極洲上空大氣層,完成其使命。

價值意義 

快舟一号火箭2013年首次升空不到兩小時,美國航天網站NASA Spaceflight便在首頁頭條位置,以“中國秘密發射新快速響應火箭”為題報道此事。稱“快舟火箭”其實就是中國的太空快速響應作戰系統。該次發射成功标志着中國在美國之前,成為首個完整發射衛星-火箭一體化快速應急空間飛行器試驗的國家。

快舟一号火箭采用星箭一體化技術,可實現快速集成、快速測試、快速發射;在中國内首次采用栅格舵控制技術,是中國首個具有快速集成、快速入軌能力、低成本的小型固體運載火箭,創造了中國航天發射的最快紀錄,使中國航天發射運載工具由液體運載火箭拓展到固體運載火箭,初步形成了中國亟需的空間快速響應能力。

快舟一号系列火箭的研制成功,既意味着中國航天軍民融合技術邁出了一大步,也标志着中國太空快速響應能力的又一次提升。

快舟一号采用車載發射模式,反應速度快,既可以平時承擔商業發射任務,也可以履行快反應急職能,迅速從儲存狀态取出發射執行任務,實現“太空快速補網”。随着中國航天技術的發展,快舟系列将有更多的新成員出現,中國“太空快速響應系統”也會愈加完備。(中國航天科工集團有限公司、環球網 評)

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