快舟十一号：八年磨一“箭”

文/部轩

2022年12月7日9时15分，快舟十一号固体火箭在我国酒泉卫星发射中心点火升空，成功将行云交通VDES试验卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。这标志着快舟火箭已初具型谱化格局，有力提升了低成本快速进入空间能力，对我国固体火箭航天运输系统快速发展具有重大而深远的意义。

▲ 快舟十一号火箭点火升空

▲ 2款快舟火箭模型亮相2022年珠海航展

▲ 快舟十一号火箭飞向苍穹

“走一条别人没走过的路”

中国航天科工航天三江对小型固体火箭的研发可以追溯到10年前。当时，研发团队敏锐地洞察到，固体火箭具备成本低、可靠性高、保障要求低、快速发射能力强等优点，能够满足卫星互联网等星座快速部署、批量发射的需求，将成为支撑航天强国建设的重要发展方向之一。

早在2012年，航天三江便成功完成了快舟一号固体火箭的方案飞行试验，并在接下来的2013年、2014年采用国际首创的星箭一体化技术，成功完成2次飞行试验，将快舟一号、快舟二号卫星准确送入预定轨道，创造了中国航天发射的最快纪录。

2017年，快舟一号甲固体火箭应运而生，至今已完成18次飞行任务，保持着常态化发射。为进一步提升我国快速进入空间的能力，航天三江在成功研制快舟一号固体火箭的同时，从2014年开始了快舟十一号固体火箭的科研攻关。

“要走一条创新的路，走一条别人没有走过的路。唯有如此，快舟火箭才能在一众火箭中脱颖而出。”研制之初，快舟系列火箭总设计师梁总对研发团队提出要求。“不重复走别人的老路，在自主研发中攻关核心和关键技术”的理念深入研发团队每位成员心中。

由于很多技术当时在国内处于空白状态，也没有研制经验可供借鉴，研发团队只能摸着石头过河。在“两总”系统的带领下，总体与各分系统设计师集智攻关，把总体设计方案的创新做到极致，创新采用了高载荷比快速发射火箭总体设计方案。

“在立项评审会上，总体方案得到专家认可，认为火箭的方案设计思路很新颖，创新性很强，技术指标很高。”副总设计师陈总介绍称。

公开资料显示，快舟十一号固体火箭全箭主体结构采用碳纤维复合材料，700千米太阳同步轨道运载能力不小于1吨，总体技术水平达到固体火箭国际先进水平。此外，该型火箭具有“移动测试对接、移动发射、移动云测控”等特点，具备快速发射能力，能够适应多样化发射任务。

克服无数挑战创新成功

与快舟一号甲固体火箭相比，从表面上看起来，快舟十一号固体火箭只是“个头”放大、“体重”增加，运载能力提升5倍左右，但事实上其研制难度呈几何级数增长，许多风险难以预料。

在首次地面点火试验时，快舟十一号火箭的固体发动机出现了问题。发动机设计师介绍称，试验失败的结果对大家的打击很大，这意味着此前的努力和进展重新回到原点。当晚，团队召开紧急会议，列举所有可能的故障。之后，通过大量仿真和试验工作，技术人员一项一项地去验证、排除，找到失败原因，解决技术难点。

为了提升其中一个结构的可靠性，团队尝试在一款关键部件上采用一体化方案。但是由于壳体结构形式特殊，性能要求高，技术人员经常驻扎在系统外配套厂家现场，不间断“跟产”，分析试验数据，确保研制工作顺利推进。

经过不懈努力，团队成员最终攻克了一体化技术，实现了产品的轻质化、高可靠性、低成本，火箭发动机顺利通过环境试验、地面点火试验、飞行试验。

在解决火箭的固体动力之后，火箭上面级的液体动力——液体姿控动力系统成为了横亘在研制过程中的又一个“拦路虎”。“研制道路太过曲折，中间失败、然后推翻重来的次数，一只手都数不过来。”负责该系统设计的技术人员回忆。

由于该系统技术难度大，研制进展艰难，快舟十一号火箭发射时间一再推迟。就在大家一筹莫展之际，梁总创新性地提出，可以采用一项新技术，实现液体姿控动力系统结构功能一体化设计的全新技术路线，为团队指明了前进方向。

然而，液体姿控动力系统的验证试验经历了“首次失败后成功，随后又失败再成功”的5年曲折坎坷，直到抽检试车成功后，大家悬着的心才稍微放了下来，终于啃下了这块“硬骨头”。

为了提升火箭的载荷比（发射载荷质量与火箭起飞质量之比），就必须使火箭本身足够轻。为此，技术人员绞尽脑汁，每“克”必争，长时间投入精力进行结构优化、材料筛选和实物验证。

最终，团队采用了一种新型复合材料，对箭体主结构进行轻量化设计，极大减轻了箭体的重量。同时，项目团队尽可能摸清了火箭设计偏差量，探明火箭设计余量，能减则减，火箭载荷比有了大幅提升。

火箭体积、重量大，车载机动发射所经历的工况复杂，运输发射系统规模也变得非常庞大，导致全箭机动发射难度陡增，“快”将难以保证。

“运输发射系统所承载的负载太大了，很多技术在当时都是第一次尝试。”负责地面发射系统的技术人员感叹创新不易。他们不光白天顶着烈日酷暑试验，晚上还要熬夜分析数据。

经过长时间鏖战，研发团队通过对现有测发控系统进行一体化设计、火箭全系统智能测试网络设计和发射流程优化整合，攻克了大吨位车载机动发射技术，实现了“一车一箭”无依托机动、“一键式”快速测试发射。

▲ 快舟十一号火箭飞行中

▲ 快舟十一号火箭进行吊装

“团队在研制过程中大胆引进系统外企业，参与配套产品研制生产，不仅提高了资源配置效率，降低了产品生产成本，还提高了研发组织效率，缩短了产品生产周期。”航天三江党委书记、董事长冯杰鸿介绍，在快舟系列火箭研发过程中，航天三江探索采用社会化发展模式，开创了“航天质量管理+灵活响应市场”的“快舟模式”。

▲ 研制团队开展总装测试

▲ 快舟十一号火箭准备吊装

达成全面可靠最优解

在研制过程中，每一个分系统都面临着技术“瓶颈”和难题，全面可靠是每一个问题的最优解。

提升可靠性是提升火箭发射成功率的“秘籍”。控制系统团队大胆创新，运用通用化、模块化设计等新手段，提升了控制系统从单机到系统的全面可靠性；软件专业团队结合型号特点，搭建模块化测试环境，测试了软件系统在火箭飞行过程中近200种正常和异常工况下的正确性，全面验证了软件系统的“健壮性”；软件测试团队启用最新研发的仿真平台，实现了多人同时并行开展工作，极大提高了测试效率，缩短了测试周期。

在质量复查中，团队向外借力，开展交叉测评，给软件质量加上了“双保险”。

准确预示火箭的一项气动性能是气动专业团队面对的最大技术难题。他们结合外部辅助分析，辗转多地开展试验验证后，经过长达几年的探索，最终找到最合理的预示方法。

评审专家认为，团队对部分因素的影响分析还不够。为了打消疑虑，提升舱段分离技术的可靠性，结构专业团队创新采用了一种零重力试验方法，顺利完成验证试验并取得预期的效果。

环境专业最“头疼”的事则是如何准确模拟火箭的飞行环境。由于现有的模态试验条件无法对这个“庞然大物”开展试验，环境专业团队收集整理国内外大量文献，沿着“化整为零，结零为整”的设计思路，开展相关技术攻关，成功解决了大中型固体火箭全箭模态试验的难题。研制期间，团队成员深入偏远山沟，披星戴月开展摸底试验；3次奔赴试验场，只为获得关键性数据；克服疫情不利影响，长期集中驻守厂房……

总体专业团队顶着巨大压力，参加各种讨论会、汇报会、协调会，耐心解答专家评委所提问题，大胆求证。测控通信专业团队通宵对多个数据源的上百个参数、共计几十万行处理结果进行逐行对比，最终拼接出最全面、最准确的结果。

正如同型号质量主管说：“正是这些平凡岗位上的航天人凝心聚力，一点一点创造出快舟十一号固体火箭的胜利。”

八年磨一“箭”，时间的沉淀推动技术创新。正是凭着这股子韧劲和拼劲，快舟火箭研发团队相继攻克了高载荷比快速发射总体技术和大推力火箭发动机、液体姿控动力系统、大吨位车载机动发射、无依托快速测发等一系列先进技术和产品，进一步凸显了快舟系列火箭“移动测试对接、移动发射、移动云测控”等特点，提升了快速发射能力，成功适应多样化发射任务，未来必将更好地满足卫星规模化、高密度、快速发射的需求，带动我国固体火箭及其动力技术发展。