快舟十一號：八年磨一“箭”

文/部軒

2022年12月7日9時15分，快舟十一號固體火箭在我國酒泉衛星發射中心點火升空，成功將行云交通VDES試驗衛星送入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。這標志著快舟火箭已初具型譜化格局，有力提升了低成本快速進入空間能力，對我國固體火箭航天運輸系統快速發展具有重大而深遠的意義。

▲ 快舟十一號火箭點火升空

▲ 2款快舟火箭模型亮相2022年珠海航展

▲ 快舟十一號火箭飛向蒼穹

“走一條別人沒走過的路”

中國航天科工航天三江對小型固體火箭的研發可以追溯到10年前。當時，研發團隊敏銳地洞察到，固體火箭具備成本低、可靠性高、保障要求低、快速發射能力強等優點，能夠滿足衛星互聯網等星座快速部署、批量發射的需求，將成為支撐航天強國建設的重要發展方向之一。

早在2012年，航天三江便成功完成了快舟一號固體火箭的方案飛行試驗，并在接下來的2013年、2014年采用國際首創的星箭一體化技術，成功完成2次飛行試驗，將快舟一號、快舟二號衛星準確送入預定軌道，創造了中國航天發射的最快紀錄。

2017年，快舟一號甲固體火箭應運而生，至今已完成18次飛行任務，保持著常態化發射。為進一步提升我國快速進入空間的能力，航天三江在成功研制快舟一號固體火箭的同時，從2014年開始了快舟十一號固體火箭的科研攻關。

“要走一條創新的路，走一條別人沒有走過的路。唯有如此，快舟火箭才能在一眾火箭中脫穎而出?！毖兄浦酰熘巯盗谢鸺傇O計師梁總對研發團隊提出要求?！安恢貜妥邉e人的老路，在自主研發中攻關核心和關鍵技術”的理念深入研發團隊每位成員心中。

由于很多技術當時在國內處于空白狀態，也沒有研制經驗可供借鑒，研發團隊只能摸著石頭過河。在“兩總”系統的帶領下，總體與各分系統設計師集智攻關，把總體設計方案的創新做到極致，創新采用了高載荷比快速發射火箭總體設計方案。

“在立項評審會上，總體方案得到專家認可，認為火箭的方案設計思路很新穎，創新性很強，技術指標很高?！备笨傇O計師陳總介紹稱。

公開資料顯示，快舟十一號固體火箭全箭主體結構采用碳纖維復合材料，700千米太陽同步軌道運載能力不小于1噸，總體技術水平達到固體火箭國際先進水平。此外，該型火箭具有“移動測試對接、移動發射、移動云測控”等特點，具備快速發射能力，能夠適應多樣化發射任務。

克服無數挑戰創新成功

與快舟一號甲固體火箭相比，從表面上看起來，快舟十一號固體火箭只是“個頭”放大、“體重”增加，運載能力提升5倍左右，但事實上其研制難度呈幾何級數增長，許多風險難以預料。

在首次地面點火試驗時，快舟十一號火箭的固體發動機出現了問題。發動機設計師介紹稱，試驗失敗的結果對大家的打擊很大，這意味著此前的努力和進展重新回到原點。當晚，團隊召開緊急會議，列舉所有可能的故障。之后，通過大量仿真和試驗工作，技術人員一項一項地去驗證、排除，找到失敗原因，解決技術難點。

為了提升其中一個結構的可靠性，團隊嘗試在一款關鍵部件上采用一體化方案。但是由于殼體結構形式特殊，性能要求高，技術人員經常駐扎在系統外配套廠家現場，不間斷“跟產”，分析試驗數據，確保研制工作順利推進。

經過不懈努力，團隊成員最終攻克了一體化技術，實現了產品的輕質化、高可靠性、低成本，火箭發動機順利通過環境試驗、地面點火試驗、飛行試驗。

在解決火箭的固體動力之后，火箭上面級的液體動力——液體姿控動力系統成為了橫亙在研制過程中的又一個“攔路虎”?！把兄频缆诽^曲折，中間失敗、然后推翻重來的次數，一只手都數不過來?！必撠熢撓到y設計的技術人員回憶。

由于該系統技術難度大，研制進展艱難，快舟十一號火箭發射時間一再推遲。就在大家一籌莫展之際，梁總創新性地提出，可以采用一項新技術，實現液體姿控動力系統結構功能一體化設計的全新技術路線，為團隊指明了前進方向。

然而，液體姿控動力系統的驗證試驗經歷了“首次失敗后成功，隨后又失敗再成功”的5年曲折坎坷，直到抽檢試車成功后，大家懸著的心才稍微放了下來，終于啃下了這塊“硬骨頭”。

為了提升火箭的載荷比（發射載荷質量與火箭起飛質量之比），就必須使火箭本身足夠輕。為此，技術人員絞盡腦汁，每“克”必爭，長時間投入精力進行結構優化、材料篩選和實物驗證。

最終，團隊采用了一種新型復合材料，對箭體主結構進行輕量化設計，極大減輕了箭體的重量。同時，項目團隊盡可能摸清了火箭設計偏差量，探明火箭設計余量，能減則減，火箭載荷比有了大幅提升。

火箭體積、重量大，車載機動發射所經歷的工況復雜，運輸發射系統規模也變得非常龐大，導致全箭機動發射難度陡增，“快”將難以保證。

“運輸發射系統所承載的負載太大了，很多技術在當時都是第一次嘗試?！必撠煹孛姘l射系統的技術人員感嘆創新不易。他們不光白天頂著烈日酷暑試驗，晚上還要熬夜分析數據。

經過長時間鏖戰，研發團隊通過對現有測發控系統進行一體化設計、火箭全系統智能測試網絡設計和發射流程優化整合，攻克了大噸位車載機動發射技術，實現了“一車一箭”無依托機動、“一鍵式”快速測試發射。

▲ 快舟十一號火箭飛行中

▲ 快舟十一號火箭進行吊裝

“團隊在研制過程中大膽引進系統外企業，參與配套產品研制生產，不僅提高了資源配置效率，降低了產品生產成本，還提高了研發組織效率，縮短了產品生產周期?！焙教烊h委書記、董事長馮杰鴻介紹，在快舟系列火箭研發過程中，航天三江探索采用社會化發展模式，開創了“航天質量管理+靈活響應市場”的“快舟模式”。

▲ 研制團隊開展總裝測試

▲ 快舟十一號火箭準備吊裝

達成全面可靠最優解

在研制過程中，每一個分系統都面臨著技術“瓶頸”和難題，全面可靠是每一個問題的最優解。

提升可靠性是提升火箭發射成功率的“秘籍”?？刂葡到y團隊大膽創新，運用通用化、模塊化設計等新手段，提升了控制系統從單機到系統的全面可靠性；軟件專業團隊結合型號特點，搭建模塊化測試環境，測試了軟件系統在火箭飛行過程中近200種正常和異常工況下的正確性，全面驗證了軟件系統的“健壯性”；軟件測試團隊啟用最新研發的仿真平臺，實現了多人同時并行開展工作，極大提高了測試效率，縮短了測試周期。

在質量復查中，團隊向外借力，開展交叉測評，給軟件質量加上了“雙保險”。

準確預示火箭的一項氣動性能是氣動專業團隊面對的最大技術難題。他們結合外部輔助分析，輾轉多地開展試驗驗證后，經過長達幾年的探索，最終找到最合理的預示方法。

評審專家認為，團隊對部分因素的影響分析還不夠。為了打消疑慮，提升艙段分離技術的可靠性，結構專業團隊創新采用了一種零重力試驗方法，順利完成驗證試驗并取得預期的效果。

環境專業最“頭疼”的事則是如何準確模擬火箭的飛行環境。由于現有的模態試驗條件無法對這個“龐然大物”開展試驗，環境專業團隊收集整理國內外大量文獻，沿著“化整為零，結零為整”的設計思路，開展相關技術攻關，成功解決了大中型固體火箭全箭模態試驗的難題。研制期間，團隊成員深入偏遠山溝，披星戴月開展摸底試驗；3次奔赴試驗場，只為獲得關鍵性數據；克服疫情不利影響，長期集中駐守廠房……

總體專業團隊頂著巨大壓力，參加各種討論會、匯報會、協調會，耐心解答專家評委所提問題，大膽求證。測控通信專業團隊通宵對多個數據源的上百個參數、共計幾十萬行處理結果進行逐行對比，最終拼接出最全面、最準確的結果。

正如同型號質量主管說：“正是這些平凡崗位上的航天人凝心聚力，一點一點創造出快舟十一號固體火箭的勝利。”

八年磨一“箭”，時間的沉淀推動技術創新。正是憑著這股子韌勁和拼勁，快舟火箭研發團隊相繼攻克了高載荷比快速發射總體技術和大推力火箭發動機、液體姿控動力系統、大噸位車載機動發射、無依托快速測發等一系列先進技術和產品，進一步凸顯了快舟系列火箭“移動測試對接、移動發射、移動云測控”等特點，提升了快速發射能力，成功適應多樣化發射任務，未來必將更好地滿足衛星規?；?、高密度、快速發射的需求，帶動我國固體火箭及其動力技術發展。