《观棋》第24期：新长征路上的开拓之舟：解读中国固体运载火箭发展

源济

澎湃防务  2015-09-25

9月25日上午，长征-11号固体运载火箭搭载4颗小卫星首发成功。很多对航天感兴趣的网友对央视新闻相关报道中称其为“中国首枚固体运载火箭”的说法存有疑问。为了解答这类问题，本期《观棋》对中国固体运载火箭的技术发展脉络等简单做一梳理。





中国航天的民用运载火箭型号早期完全依托于军用型号发展。从脱胎于东风-4的长征-1，到东风-5的民用版长征-2，包括长征-3、长征-4也仍然带有东风-5的技术。直到以最近发射的长征-6为代表的新一代“长征”系列液体燃料火箭才彻底走上了一条新路。





3/30而部分军用型号以前还要“穿马甲”：例如1980年的“向南太平洋发射运载火箭”其实就是东风-5全程试验，1988年的“核潜艇水下发射运载火箭成功”就是巨浪-1的水下发射试验。考虑到这一点，长征-11的“首枚固体运载火箭”称号前面确实应该加上“民用”二字。





4/30所以想到1982年在200号试验艇上首发成功的巨浪-1，航天科工集团今天在用2003年首次成功发射的开拓者-1号为“中国首枚固体运载火箭”正名的时候，似乎有意无意的忘记了什么。毫无疑问，由航天科工四院主持研制的巨浪-1是中国固体运载火箭的始祖。





【卷“巨浪”航天科工迎难而上】中国发展固体弹的设想最早可以追溯到1965-1967年的单级固体战略导弹的方案论证，但当时液体导弹正处于发展的黄金时代，这个尚不完善的型号很难获得各方支持，性能上也难以达标。后来中央决定集中精力发展巨浪-1。





巨浪-1研制时候受当时国内技术水平的限制和政治大环境的影响。在燃料、壳体、发动机等方面和世界先进水平确实存在差距，但作为一款潜射中程弹道导弹最终也满足了设计指标，实属不易。但令当年的研制者都想不到，其1.4米级直径却被一直沿用下来。





虽然1999年才在国庆阅兵中曝光，但第一款陆基固体弹东风-21却是不折不扣的“老弹”。老到什么程度呢？巨浪-1“上岸”的设想，早在1975年国防科工委就向中央军委提交讨论，并由毛主席亲自批阅。10年后首枚遥测弹发射成功，距今也过去30年了。





作为初步解决有无问题的产物，东风-21的弹体部分除了没有水下发射的整流尾罩之外，和巨浪-1基本相同。其定型工作较为顺利，甚至比巨浪-1还要早一点。但这也导致了东风-21的技术起点并不高，后续改进型为了达到指标需要很大的改进工作量。





接下来由于航天科工在固体弹方面的相关进展只有东风-11和15两型短程弹了，其发动机显然无法为民用航天做太多贡献。这也使得上世纪90年代初第一款民用固体运载火箭开拓者-1开始论证时，能够“使得上劲儿”的，仍然只有刚刚定型不久的东风-21。





开拓者-1（KT-1）的前两级沿用了东风-21的两级火箭，但东风-21的动力用于轨道发射时的推力实在还有欠缺，为了满足卫星入轨需求只能在上面再加上第三级和第四级，于是造就了中国第一型四级固体运载火箭。这几级发动机均由航天科工六院负责研制。

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由于这个潜力不大的项目并不被看好，2000年航天科工只能自筹资金开展研制工作。KT-1在2002年首次发射实验失败，直到2003年第三次发射所载卫星才入轨旋转一圈，并让地面收到遥测信号，然后就难以保持轨道而再入大气层，可见潜力确实有限。





由于一级火箭是限制KT-1的主要瓶颈，为此科工决定借助曾用于长征-2E上面级的1.7米级别固体发动机研制KT-2，并研发带有捆绑火箭的KT-2A改进型；但由于可靠性效费比等原因，项目仍未获得立项。让KT系列真正发挥用场的机会，又回到了军事领域。





【转型反卫试验“开拓”终立功】2007年中国进行了首次反卫星试验。根据外媒报道，在这次试验中击落已经报废的风云-1C气象卫星的就是在KT-2的基础上改进而来的携带DN-1动能杀伤战斗部的KT-409火箭（409源自863-409计划），KT系列总算有了归宿。





虽然KT系列没有达到原始目的，但它仍然积累了相关经验，也引发了有关部门对这一领域的重视。之后科工集团利用新型导弹技术开发“快舟”星箭一体应急发射运载火箭，虽然第一级直径同样是1.4米，但由于发动机全新设计，其推力和可靠性均大幅提高。





2013年9月25日，“快舟”携带着哈工大研制的“快舟1号”小卫星首发成功，标志着中国成为首个完整发射星箭一体化快速应急空间飞行器的国家。虽然卫星设计寿命只有6个月，实际运行了23个月，开创了国内最高分辨率的卫星数据网络免费共享服务模式。





它为中国遥感应用行业提供了大量高清晰影像，也为国内外重大自然灾害提供应急响应支持。“快舟1号”在两年的科研试验中最著名的任务是曾临时变轨参加对马航MH370客机的搜索，它已于2015年9月11日耗尽燃料按指令坠入南极上空大气层完成使命。





2014年11月21日，第二枚“快舟”火箭成功将“快舟2号”卫星发射升空并进入预定轨道，同样由哈工大研制的“快舟2号”也是一颗小型遥感卫星。星箭一体，反应迅速的“快舟”系列以其优秀的运载能力和可靠性，已成为国内“定制款”小卫星快速发射的最佳选择。





继承了“开拓者”们“遗志”的“快舟”如今终成正果，但航天科工集团对运载能力更强的固体运载火箭的追求并未就此停止。随着集团承担研制的多种新一代弹道导弹武器定型装备部队，其使用的性能更好的火箭发动机技术也有条件运用到民用固体运载火箭中来。





“快舟”的出口衍生型号是曾在珠海航展上展示过的飞天-1号。两者在总体设计上有相通之处，但“飞天”的上面级采用传统模式而非前者的星箭一体。和“快舟”一样，“飞天”也被《简氏防务周刊》等媒体认为是基于本次阅兵中曝光的东风-26中程弹道导弹发展的。





特别是在2013年5月，西方媒体炒作的中国第三次反卫星试验后，《简氏防务周刊》又指出这次拦截卫星使用的是速度更快的DN-2型动能拦截器，而运送DN-2的也不再是2007年那次试验中的KT-409/SC-19型火箭，很有可能是“快舟”/“飞天”的某种变型。

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【借“东风”航天科技再起“长征”】和航天科工相比，中国民用运载火箭技术的“国家队”中国航天科技集团一院——中国运载火箭技术研究院涉足民用固体运载火箭稍晚，但在传统的液体运载火箭领域已经缔造了无数传奇，例如载人航天工程的“神箭”长征-2F。





由于东风-31固体远程弹道导弹，衍生型东风-31A、巨浪-2和固体洲际弹道导弹东风-41这三个当之无愧的“国之重器”都是“国家队”的产品，因而负责为它们提供火箭发动机的航天科技四院也有着国内首屈一指的2米及以上直径固体火箭发动机的研发经验。





而且随着小卫星功能要求的增加，“土豆级”微小卫星潜力不足前景黯淡，小卫星也在大型化。长征-11能发射总重量上百公斤的4颗小卫星，就需要动力比“快舟”强出一档的东风-31A作为改装载体，这也将是几十年后东风-31退役时一个“铸剑为犁”的解决方案。





虽然从发射筒和弹体特征看两者区别不大，但长征-11和东风-31内部还是存在差别的，特别是关键的发动机工作参数有调整，所以航天科技集团也并不担心用这型火箭向西方推销发射卫星会存在技术泄密的问题。欧盟的QB50项目之前就曾计划选用长征-11。





虽然后来长征-11阴差阳错与QB50空间技术项目暂时失之交臂，但先通过自己的卫星积累经验打造品牌也不是坏事儿。此次由上海航天八院研制的“浦江1号”是长征-11的主要载荷卫星，这颗研制历时3年的卫星上有包括两台光学相机在内的遥感探测设备。





未来随着下一代洲际弹道导弹研发和服役，其固体火箭发动机技术自然也能继续应用到民用领域。但想实现和传统运载火箭的竞争，进一步赶上美国和欧洲国家的水平，而不仅是停留在快速应急发射侦察卫星的层面，仅靠军用技术的带动就远远不够了。





为此在2010年航天科技四院专门成立了中天火箭技术事业部、组合动力技术研究室、固体运载动力技术研究室。未来该院将发展120吨级、360吨级、500吨级三个级别的固体发动机，打造出来的固体运载火箭都将是新“长征”的成员，长征-11仅仅是探路者。





而美俄都有涉猎的固体运载火箭的另一个分支——空射型运载火箭，航天科工和航天科技集团都有相关计划（例如图中的“飞龙”），但是现在还没有开始实施。这一方面是对空射运载火箭的必要性和效费比是否有“快舟”合算尚待讨论，另外载机也是个问题。





总之长征-11意味着中国固体运载火箭不再局限于“开拓”/“快舟”的应急小卫星发射，正以更短的准备周期、更高的安全系数等优势进占传统航天发射市场，也代表东31平台技术已经“炉火纯青”。但也要看到和美欧先进水平相比，这一领域我们只是刚刚入门。





“千里之行，始于足下”。相信已经创造了一个个奇迹的中国航天人们也能清楚地看到自身的优势和不足，追赶的脚步会越来越快，越来越踏实。现在还是先感谢他们为我们送上的这份中秋大礼吧。本期《观棋》就到这里，祝大家中秋快乐，下周一咱们再见！