引力一號運載火箭及其技術特點

布向偉 東方空間技術（山東）有限公司

2024 年1 月11 日13 時30 分，我國在山東海陽東方航天港附近海域使用引力一號（遙一）海瀾之家號運載火箭，將搭載的云遙一號18～20 星共3 顆衛星順利送入高度為500km、傾角為50°的低地球軌道（LEO），飛行試驗任務獲得圓滿成功。

引力一號首次飛行試驗也創造了世界最大固體運載火箭、國內首款全固體捆綁運載火箭、首個捆綁式運載火箭海上發射、首次在海上實現中型火箭“三垂”測發模式、國內首個自帶導流槽的發射船首次應用等諸多紀錄。引力一號海上發射的成功，進一步提升了我國海上發射技術水平，擴充了我國中型運載火箭海上機動發射能力。

1 火箭總體情況

引力一號運載火箭為三級半構型，芯級采用三級固體發動機串聯方式，集束捆綁4 臺固體發動機作為助推級?；鸺痫w質量約為405t，總長約30m，發動機及柱段結構直徑2.65m，整流罩直徑兼容3.35m、3.8m 和4.2m，500km 太陽同步軌道（SSO）最大運載能力為4.2t，火箭外形如圖1 所示。首飛采用直徑4.2m、高9.3m 的整流罩。

圖1 引力一號火箭結構圖

引力一號運載火箭采用“三垂”測發方案，火箭在技術區完成垂直總裝和垂直測試，之后垂直轉載至發射船，隨發射船機動到預定海域實施發射，如圖2 所示。

圖2 引力一號火箭矗立在發射船上

2 火箭優勢

“強”：系統創新性強、機動能力強。構型獨特，是國內首個全固體捆綁火箭，達到中型運載火箭發射能力的同時，還可以適應海上發射、快速發射；圍繞海上發射，可構建便捷靈活的發射體系。

“大”：運載能力大、空間包絡大。引力一號500km 太陽同步軌道最大運載能力達到4.2t，達到中型運載火箭發射能力；整流罩直徑達4.2m，高度可根據需求進行拓展，支持百千克級衛星“一箭數十星”組網發射。

“快”：研制速度快，發射響應快。自2021 年初啟動研制工作以來，3 年完成研制，探索并實踐了一條邊設計、邊生產、邊試驗、邊改進的敏捷迭代模式；探索“前店后廠”一站式服務模式，減少物流時間、物流成本、箭體包裝和恢復時間，大幅提升響應速度。

“省”：經濟性好，節省資源。研制過程充分考慮設計源頭及成本，箭體結構柱段均采用模塊化、標準化設計，制造工藝簡單，材料統一，集中備料，大幅提升了制造效率、降低了制造成本；發射系統大量采用工業化設施和技術，建設和后期維護成本均較低；海上發射安全區在海上，可節約大量陸地資源。

3 主要技術特點

引力一號在研制過程中攻克了4 大關鍵技術群、17 項關鍵技術，其中主要的技術有：

1）海陸通用中型運載火箭多約束構型優化。在運載能力強、海上晃動適應性好、整流罩包絡大、性價比高等多項目標約束下，引力一號通過通用動力模塊捆綁集成、系統創新的方式，優化出三級半構型，達到中型運載火箭能力。

2）適應公路垂直轉載的載荷分配優化技術。引力一號采用垂直總裝、垂直測試、垂直轉載的“三垂”測發模式，使用液壓軸線車整體馱負發射臺和運載火箭進行公路垂直轉載，從而大幅降低了保障條件需求，使用更加靈活。通過多點支撐載荷分配優化，將轉載的載荷控制在合理范圍內，確保轉載過程安全。

3）全固體捆綁火箭姿態控制技術。固體發動機一般采用耗盡關機方式，4 臺助推器之間存在工作不同步性，最大可能達到數十噸差異，對飛行穩定控制帶來較大影響。通過合理分配芯級和助推級控制力、優化過渡過程，實現了具有較強適應能力的全固體捆綁火箭接力控制方案。

4）大氣層內接力助推彈道優化設計。為了提升運載能力，引力一號采用大氣層內接力助推的彈道模式，即起飛時4 臺助推器點火工作，芯一級在飛行過程中接力點火。通過在線合理規劃交接班時間，增強了對航落區調整、各項控制偏差、發動機內彈道偏差的適應性。

5）適應大固體發動機大后效的級間冷分離技術。

為了盡量減少分離火工品和環境條件影響，引力一號芯一級和芯二級均采用冷分離方案。固體發動機的后效推力達到數千牛頓，會對分離過程造成較大的干擾。通過多專業的協同設計、分離時序優化、多項措施并舉等，確保了分離過程安全，避免了高空追擊問題。

6）復雜末級布局優化及輕質化設計。末級儀器艙內安裝有末修姿控動力系統、芯三級固體發動機、箭上主要的控制和測量系統。需要對發動機工作產生的力熱環境進行隔離，為艙內設備和管路提供良好的環境條件。此外，末級質量與運載能力是1：1 的關系，質量指標也很關鍵。綜合考慮布局、傳力、減振、防熱、輕質化等要素，通過空間布局優化、傳力拓撲優化、環境隔離設計、防熱一體化等實現了較為優化的輕質化末級方案。

7）簡易充氣柔性保溫防護罩技術。首次采用充氣式防護罩進行箭體防護和保溫（圖3），此次飛行試驗有效防護了小雨和小雪，可以在室外-5℃情況下，保證防護罩內溫度達到10℃。

8）固體助推器工作同步性控制技術。開展了發動機工作同步性影響因子分析，并完成極限拉偏、隨機打靶等仿真分析。根據仿真和試驗結果，對主要因素進行重點控制，如殼體、混藥和澆注、裝藥量、噴管質量、點火裝置等均進行嚴格的一致性控制，實現了較好的同步性控制目標。

9）大氣層內固體助推器分離技術。引力一號助推器分離高度在45～50km 之間，分離時存在大氣、助推發動機后效、芯一級發動機工作噴流等影響，構建了彈道-姿控-分離-結構-氣動-載荷等多專業協同仿真模型，實現了大氣層內固體助推器分離設計。

10）40kW 大功率機電伺服。芯一級所用的機電伺服最大功率達到40kW，為后續引力二號液體運載火箭的應用奠定了基礎。

4 小結及展望

此次發射任務的圓滿成功，驗證了運載火箭系統方案設計的正確性及各系統間工作的協調匹配性，驗證了引力一號“三垂”海上發射流程的正確性、協調性，驗證了與測控系統、海上發射平臺等系統的協調性，驗證了低傾角發射能力及飛行彈道能力，并成功將云遙一號3 顆衛星高精度送入預定軌道，拉開了引力一號商業化應用的序幕。此外，相關分系統關鍵技術和產品的驗證，也為后續引力二號液體運載火箭研制奠定了基礎。

未來，引力一號火箭將持續開展迭代優化，通過“再分析、再設計、再驗證”，進一步強化可靠性、優化使用流程、提升火箭綜合性能，為實現高可靠、規?；?、便捷化應用發射奠定基礎。