日前，由中國航天科工集團有限公司研製的快舟一號甲小型固體運載火箭，成功將微釐空間一號系統S1試驗衛星準確送入預定軌道。這不禁引人關注，看慣了運載火箭身寬體胖的“大個頭”，小型運載火箭又是何物？
快舟一號甲固體運載火箭
近年來，隨著小衛星技術的快速發展和火箭設計、複合材料、電子技術以及固體推進技術的發展，將小型運載火箭推上了航天發射的大舞臺。
快舟一號甲小型運載火箭是一種主要為低軌小衛星提供發射服務的通用型火箭，採用國際通用接口，具有飛行可靠性高、入軌精度高、準備週期短、保障條件少、發射成本低等特點，而且反應速度快、適應能力強。
未來，可實現快速有效航天發射的小型運載火箭具有巨大的軍用和民用價值，將成為人類開展太空活動的明日之星。
火箭小子的前世今生
時光流逝，歲月如梭，運載火箭大家族也正經歷著更新換代的如火如荼進程。
目前，圍繞低成本、快速反應這一發射需求，美國、俄羅斯、歐洲、日本等航天大國可謂“八仙過海，各顯神通”，紛紛推出了自己的新一代運載火箭計劃，並迅速將小型運載火箭推向航天發射的大舞臺。
在小型運載火箭領域，航天技術大國美國投入了較大精力。美國研製的“飛馬座”、“金牛座”等小型運載火箭早已投入使用。進入新世紀以來，美國更是充分嗅到了小型運載火箭的巨大軍民用價值。
2007年5月，美國國防部成立了快速響應空間辦公室，旨在進一步增強和充分利用美國的空間作戰力量。目前，美國從事小型運載火箭研製設計的商業公司接近20家，其中有部分“急先鋒”甚至已經完成了設計生產，即將開展飛行試驗。
美國ARCA航天公司推出的Haas 2C火箭燃燒室和噴管全部採用複合材料，推力可達220千牛，而向量空間系統公司研製的小型運載火箭，結構質量甚至只有685公斤。
“飛馬座”小型運載火箭
在小型運載火箭的“競技場”上，其他航天俱樂部成員也不甘示弱。歐洲航天局從2003年就開始研製“織女星”號小型運載火箭，可實現將1500公斤有效載荷發射到700公里高度的軌道，也可一次發射從300公斤到2000公斤不同載荷的衛星，同時還能讓微小衛星搭上順風車。
被稱為“世界上最小”運載火箭的日本SS520火箭全長僅9.54米，只有電線杆那麼粗，是日本自主研發的三段式小型火箭。此外，俄羅斯也計劃於2020年實現新型小型運載火箭“聯盟”號2LK的首飛。
小身板擔當使命重擔
別看小型運載火箭個子小，但絕對是個“短跑健將”。一般的大中型運載火箭發射準備時間動輒數月，小型運載火箭卻是用天乃至小時來計算。
美國的Super-Strypi小型運載火箭發射時間只有21天，“飛馬座”火箭發射準備時間為14天，“金牛座”火箭更只有短短72小時。
由美國和新西蘭聯合研製的“電子”小型運載火箭，可實現每隔 72 小時進行 1 次航天發射的超高頻率，堪稱世界航天領域快速發射的代表作。
這麼短的發射準備時間，意味著一旦遭遇自然災害、戰爭爆發等突發事件，小型運載火箭可快速將偵察、通信等用途的衛星發射升空，實現衛星的快速發射和空間部署，及時獲取相關重要信息，戰略意義相當重要。
美國和新西蘭聯合研製的“電子”小型運載火箭
此外，小型運載火箭的發射升空方式可謂“多姿多彩”。除可以像“老字號”運載火箭一樣從地面及海上發射外，小型運載火箭還可直接開啟空中發射模式，堪稱航天發射領域的一個偉大創舉。
美國自上個世紀50年代就開始空中發射火箭的試驗工作，“飛馬座”小型運載火箭利用B-52轟炸機攜帶到空中，是世界上第一種實現空中發射的運載火箭。
小型運載火箭更是模塊化設計的先行軍，美國軌際系統公司研製的NEPTUNE小型運載火箭通過捆綁不同數量的通用模塊，就可實現不同的運載能力，目前已經完成了通用模塊的飛行試驗。
同時，為進一步降低航天發射成本，小型運載火箭也將“省錢模式”發揮到了極致。
俄羅斯研製的“安尼娃”小型運載火箭就包括重複使用的設計方案，我國研製的“快舟”小型運載火箭採用國際通用接口設計，具有發射成本低、準備週期短、保障條件少和快速集成入軌等突出特點。
新興航天發射的敲門磚
目前，挺進小型運載火箭領域的都是近些年成立的新興商業航天公司，技術門檻相對較低，又能全面覆蓋火箭系統研製的切入點。
商業公司開展小型運載火箭研製的一個共同特點就是完全掌握髮動機、結構和控制系統等核心技術，還要自建試驗和製造設施，以便最大程度降低研製和生產成本，在新興航天發射的強烈市場競爭中牢牢掌握主動權。
新概念技術的大量湧入也將大大降低小型運載火箭的發射成本。
美國Bagaveev公司研製的小型運載火箭一大特點就是採用了3D打印的發動機，“電子”小型運載火箭甚至將火箭的渦輪泵、閥門、噴射器和燃燒室等部件都採用了3D 打印，不僅能提高火箭的製造效率，同時也可大幅度降低出現故障概率，大大縮短了火箭發射需要的檢測時間。
近年來，一些退役下來性能先進的彈道導彈相繼加入小型運載火箭的改裝行列。
小型運載火箭機動靈活、反應速度快，一旦在軍事上遭遇突發事件和局部戰爭爆發，任務衛星的損失補充和應急發射等都需要小型快速火箭出來大顯身手。
海灣戰爭爆發後，美軍就應急發射過兩顆近地軌道小型通信衛星，確保了戰時美軍通暢的戰場通信能力。
此外，小型運載火箭的大量新技術還可用於開展高超聲速武器的飛行試驗。（以上圖片來源於網絡）
出品：科普中國
策劃：白璐
監製：光明網科普事業部
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