捷龙三号(Smart Dragon-3,简称SD-3)是中国运载火箭技术研究院抓总研制的四级固体运载火箭,是中国航天科技集团有限公司一院所属中国长征火箭有限公司于2019年面向商业航天发射市场推出的捷龙系列固体运载火箭产品之一。
研制历程
历史背景
商业航天是指利用商业模式运营的航天活动,旨在通过商业市场的方式开展航天技术和服务的研发、制造、发射和应用。全球商业航天的发展始于20世纪60年代,从摩托罗拉的铱星计划到同时期的轨道通信计划、天桥系统、全球星系统和泰利迪斯系统,从命名为“Conestoga I” 第一枚私人出资的火箭到比尔航天公司开发的BA-1和BA-2火箭,在最初几十年里,全球商业航天发展进程相对缓慢。
21世纪初,随着电子信息、先进制造、数字化、智能化技术的蓬勃兴起,给商业航天的变革发展注入了强大动力,全球商业航天发 展进入快车道,产业规模迅速增长。以“
星链”(Starlink)低轨卫星星座系统、“猎鹰”(Falcon)火箭、“龙”(Dragon)飞船、 “星舰”(Starship)系统等为代表的商业航天系统颠覆了原有航天的设计理念、研产模式和应用模式,并呈现全球快速拓展的态势。2019年以来,
SpaceX的载人
龙飞船和波音
Starliner等商业载人飞船相继推出,成功进行了多次载人太空飞行任务,为商业航天的发展开辟了新的领域。
研发进程
2019年,中国运载火箭技术研究院(简称“火箭院”)所属中国长征火箭有限公司面向商业航天发射市场推出捷龙系列固体运载火箭产品,包含捷龙一号、捷龙二号、捷龙三号(代号“SD-3”)三型火箭。捷龙一号火箭于2019年8月成功首飞,捷龙一号火箭是中国运载火箭技术研究院面向商业航天市场打造一款微小型固体运载火箭,火箭总体构型为四级固体发动机串联,700千米太阳同步轨道运载能力不低于150千克。火箭满足用户一箭一星或一箭多星的发射需求,其单位载荷入轨成本低于国际同类产品,同时还具备发射准备周期短、发射模式更加灵活的特点,可填补中国低倾角航天发射能力的空白。
2021年2月起,捷龙三号的型号队伍以“2022年5月31日前具备首飞条件”的目标,采用商业化的组织管理模式,在经费和研制周期的双重约束下,开展了型号研制工作。包括总体方案迭代设计、总体与分系统间的接口协调、方案阶段技术风险辨识、分系统方案设计、首飞载荷协调;同年3月,由
中国运载火箭技术研究院抓总研制的捷龙三号固体运载火箭完成立项,研制工作全面展开。按照“系列化、通用化、发射方式多样化”的研制思路,捷龙三号火箭充分吸收捷龙一号、长征十一号等固体运载火箭型号的研制经验,借鉴长征系列液体火箭的成熟技术,在具备较高可靠性的同时,还能实现捷龙系列火箭的单机、工装、设备、设施等在一定程度上的通用;8月4日,捷龙三号固体运载火箭顺利通过方案转工程阶段评审,第一阶段的方案设计工作圆满完成。
2022年5月5日、5月15日,捷龙三号分别成功完成了Ⅳ级发动机与伺服系统联合热试车、Ⅱ级发动机与伺服系统及一二级级间分离联合热试车工作;6月10日,捷龙三号
北京、
西安两地试验团队宣布,全箭电气系统散态匹配及发火试验、姿控动力系统整机力学环境试验、三四级分离试验顺利完成。捷龙三号型号总指挥金鑫表示,经过总体及分系统积极攻关、协同共进,取得了多项阶段性的胜利,为顺利完成工程阶段研制工作和按计划开展首次飞行试验的准备提供了保障。
2022年6月29日,捷龙三号型号团队成功完成首台末修姿控发动机整机力学环境试验、切割分离试验、协调性热试车地面试验,试验旨在考核末修姿控发动机经历鉴定量级力学环境试验后的工作协调性及可靠性,并获取压力、响应特性、温度、振动等关键性能数据。实试验经2个多小时,末修姿控发动机第三次闯关成功,捷龙三号首台末修姿控发动机地面试车获得成功,发动机在极端环境下的协调性、可靠性得到及时、充分的验证,整个型号研制取得阶段性胜利;8月9日,捷龙三号完成整流罩静力及分离试验。整流罩设计方案、工艺方案、质量可靠性、最大可用包络等得到充分验证,整流罩做到了安全防护到位、包络空间宽裕、环境保障周全。对于商业运载火箭而言,在整流罩“安全、舒适”的前提下,还要拥有尽可能大的包络空间,才能提高有效载荷的适应性,搭载更多的“乘客”,进而提高发射任务的适应性和使用效率。捷龙三号火箭工程阶段大型地面试验圆满收官,全面转入首次飞行试验阶段;11月,捷龙三号在首飞前夕首度亮相
第14届中国航展。
2022年12月9日14时35分,捷龙三号运载火箭在黄海海域成功发射,将14颗卫星准确送入预定轨道。此次是捷龙三号运载火箭首次飞行,首飞任务取得圆满成功。捷龙三号火箭首飞成功,使得中国固体运载火箭形成了系列化、谱系化发展,通过捷龙一号、长征十一号以及捷龙三号等多型火箭,形成了低轨道运载能力从200公斤到1.5吨覆盖,能够适应各类卫星,从一箭一星到一箭二十星的发射需求,发射方式也更加多样。
系统组成
总体设计
捷龙三号火箭为四级固体运载火箭,可实现零窗口、全方位发射,72小时内完成星箭技术准备和发射任务,任务性价比与适用性高,是捷龙系列中箭体直径最大、运载能力最强、整流罩包络空间最大的一型火箭。具有“运载能力强、整流罩包络空间大、发射方式多样化、经济性好、发射效率高、履约周期短”的特点。它全箭总长31.8米,箭体最大直径2.65米,起飞质量140吨,500千米太阳同步轨道运载能力1.5吨,拥有2.9米直径和3.35米直径整流罩,可海上发射和陆地车载发射,任务适用性强。
捷龙三号运载火箭使用了由航天科技集团四院研制的国内装药量最多、推力最大的高性能纤维缠绕复合材料壳体整体式固体发动机。该发动机直径2.65米,装药量71吨,推力达到200吨,采用了多项新技术,综合性能达到世界水平。
捷龙三号火箭一体化测发指挥系统也更加简洁、智能。据了解,地面测发控系统前后端全面集成在前端测发控制舱和后端一体化指挥控制舱中,系统集成度高,智能化程度高,可以实现笔记本电脑“一键式”发射。
箭体结构
捷龙三号火箭箭体最大直径2.65米,最小直径仅2米,研制队伍采用了直径3.35米整流罩,相比同规模固体火箭,可为有效载荷提供更大的包络空间。对于商业运载火箭而言,在整流罩“安全、舒适”的前提下,还要拥有尽可能大的包络空间,才能提高有效载荷的适应性,搭载更多的“乘客”,进而提高发射任务的适应性和使用效率。虽然捷龙三号火箭的整流罩借鉴了长征系列运载火箭的成熟产品和技术,但在具体研制过程中对整流罩的分离方案、能源配置、具体结构都进行了重新设计。同时,而且为了适应从三级箭体2.0米直径向3.35米直径的过渡变化,重新设计了整流罩的倒锥段,以期获得更好的气动特性。
伺服系统负责火箭飞行全过程的姿态稳定和方向调整,可以理解为——“开”火箭的“司机”。传统伺服系统多为电液伺服系统,主要靠液压驱动来执行动作,稳定可靠,但生产周期较长,后期维护也较为复杂。而机电伺服系统可直接将“电能”转化为“机械能”,生产周期缩短一半,对市场需求的响应速度大幅提升。凭借先天“基因”优势,机电伺服系统逐渐成为航天发射领域的“新宠”。
为了匹配捷龙三号火箭快速履约的特点,研制团队将机电伺服系统全覆盖式的应用在火箭的一级、二级、三级、四级和滚控伺服系统,其中30kW产品为我国航天领域功率等级最高的机电伺服产品,工作电压400V为目前国际航天领域机电伺服应用的最高电压体系,其综合技术达到了国际先进、中国领先水平。
动力系统
捷龙三号火箭为四级固体发动机串联布局,采用了高性能纤维缠绕复合材料壳体整体式固体发动机,发动机直径2.65米,装药量71吨,推力达到200吨。
航天四院承担捷龙三号遥四运载火箭全部固体发动机、滚控发动机、压力传感器及自毁装置等研制任务。捷龙三号四级固体发动机采用了高性能轻质复合材料壳体、宽摆角全柔性摆动喷管等多项核心技术,综合性能达到世界一流水平。其中,火箭一级发动机是航天四院瞄准商业航天发射市场需求,专门研发的一型高性能纤维缠绕复合材料壳体整体式固体发动机,是2024年中国参加飞行试验的装药量最多、推力最大的高性能复合材料整体式固体发动机。
运载能力
捷龙三号火箭500公里太阳同步轨道运载能力达1.5吨,是
长征十一号火箭的三倍,具有满足主流中小卫星组网发射比较实用的运载能力。
设计参数
发射方式
捷龙三号火箭配备海陆通用的框架式发射装置,可同时适应海上、陆地两种发射方式,首飞采用全新的发射平台在海上进行发射。可采用四级固体发动机串联布局、“三平一垂”的
热发射方式,即水平对接、水平测试、水平运输、整体起竖后垂直热发射。
发射动态
发射记录
发射任务
2023年12月6日3时24分,太原卫星发射中心在广东
阳江附近海域使用捷龙三号运载火箭,成功将卫星互联网技术试验卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。此次任务是捷龙三号运载火箭的第2次飞行。本次任务是捷龙三号首飞成功后第一次执行应用发射任务,标志着捷龙三号开启了应用发射的序幕。此外,此次发射首次选择南海海域作为发射点,该海域可近海实施近极轨和太阳同步轨道等南射向发射任务,进一步验证了火箭对于海上长距离机动发射的适应性。
2024年2月3日11时06分,捷龙三号运载火箭在广东阳江附近海域点火升空,顺利将烟台二号卫星(东方慧眼星座高分01星)、威海壹号01/02星、埃及NExSat-1星、星时代-18/19/20星、DRO-L星、智星二号A星等9颗卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。此次发射是捷龙三号首次完成商业化发射任务,并且首次承揽外星搭载发射任务,也是中国第三次在南海海域实施海上发射。
2024年7月,中国运载火箭技术研究院组织开展了捷龙三号遥四运载火箭出厂评审会,会上评审组听取捷龙三号遥四运载火箭的研制及质量分析相关报告,确认捷龙三号遥四运载火箭研制符合各级出厂放行准则要求,具备出厂条件,同意通过评审。
2024年9月24日10时31分,太原卫星发射中心在山东海阳附近海域使用捷龙三号运载火箭,成功将天仪41星、星时代-15/21/22卫星、驭星二号05星、复旦一号卫星、天雁15星和吉天星A-01星共8颗卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2025年1月13日11时00分,太原卫星发射中心在山东海阳附近海域使用捷龙三号运载火箭,成功将微厘空间01组卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
技术创新
捷龙三号火箭地面测发系统采用一体化设计,前端发射船部署发射控制舱,后端保障船部署一体化指挥控制舱,两舱之间采用无线通信方式,完成对火箭的测试发射控制。研制团队用5台笔记本电脑,就完成了火箭从测试到发射的所有环节的控制,包括流程的控制、数据的显示、判断和监控以及对故障的实时诊断。
捷龙三号火箭在中国长征火箭有限公司所属山东海阳子公司完成总装测试工作,可直接转载到发射船实施海上发射。依托“
中国东方航天港”的产业优势,打破多次分解拆装的传统测发模式,有望将商业发射服务合同履约周期缩短至6个月,大幅提高火箭发射效率。
按照“系列化、通用化、发射方式多样化”的研制思路,捷龙三号火箭充分吸收捷龙一号、
长征十一号等固体运载火箭型号的研制经验,借鉴长征系列液体火箭的成熟技术,在具备较高可靠性的同时,还能实现捷龙系列火箭的单机、工装、设备、设施等在一定程度上的通用。
文化特色
任务徽章
联名产品
2024年2月1日,“以梦想,耀苍穹——洋河·梦之蓝号捷龙三运载火箭载梦出征暨联名产品发布会”在广东阳江举办,洋河股份与中国航天打造的“洋河·梦之蓝号”捷龙三运载火箭和“洋河·梦之蓝中国火箭联名酒”正式亮相。这款产品将航天元素与文化元素融合,致敬航天情怀,融合国潮文化,是中国航天与梦之蓝品牌高度契合的文创产品。
2022年12月9日下午14时35分,中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院抓总研制、中国长征火箭有限公司投资、太原卫星发射中心组织实施的捷龙三号运载火箭在黄海海域成功发射,将14颗卫星和1枚中国腕表准确送入预定轨道。“星舰Ⅱ中国火箭特别版”腕表以太空星舰为灵感,表盘的秒针为中国火箭的LOGO造型,表体侧面附有一块火箭一级残骸打造的独特铭牌,标示了中国火箭名称“CHINAROCKET”。
总体评价
“一箭14星,捷龙三号的成功首飞,进一步完善了中国运载火箭型谱,实现了海上冷发射到海上热发射的跨越,在中国商业航天历程中极具意义。”(中国火箭公司有关负责人 评)
捷龙三号火箭具备“一箭20星”以上的多星发射能力,可将单位载荷的发射成本降低至1万美元/公斤,具有较强的市场竞争力。(北京日报 评)
捷龙三号秉承中国火箭摇篮60年的创造力,不断追求产品的“高性价比、高可靠”;始终以用户为中心,不断提升服务的“快履约、快发射”能力;任务性价比与适用性高,能为国内外商业卫星用户的星座组网、补网、载荷验证等提供可靠、便捷、经济的专属发射、定时定轨道发射和搭载服务。(
国际太空 评)