“长风破浪会有时,直挂云帆济沧海”。

这句诗是我国航空航天发展事业的真实写照,70年来实现了从无到有、从有到强的跨越式发展。

此前,长征11号系列火箭发射任务取得圆满成功,标志着我国的航空航天事业进入到一个新的发展阶段。

长征11号发射现场来看,在火箭点火发射之后,先是会产生一股强壮的烟柱,随着火箭的不断升空,烟柱呈现螺旋状盘旋,远远望过去,旁边为何有一朵“蘑菇”?跟吐烟圈一样,这背后有何原理?

一:时代变迁,航空航天新要求

在大众的普遍印象中,国家的火箭成功发射是一件很值得骄傲的事情,但随着时代的不断变迁发展,对于航空航天事业也提出了新的要求,展现出新的特点。

人类社会进入到21世纪,航空航天的商业发射需求迎来指数级增长,此时正处于卫星发射的密集期,预计在未来的十年内,人类将在近地轨道发射超过6万颗卫星

航空航天工程对于社会经济的影响也越来越多,以美国为例,在2004年其商业航天产业直接经济影响接近200亿美元,间接经济影响超460亿美元。

十二年前,美国的亚特兰蒂斯号航天飞机完成首次由私人公司完成的载人航天,震惊世界。与之相对应的,是中国的航空航天事业在半个多世纪的发展后,已经取得了耀眼的成绩。

中国的航空航天产业军工背景较强,中国的航天事业主要由航天科技集团和航天科工集团两个部门负责,就当时而言中国的航天产业化仍然处于起步阶段。

再有就是小卫星发射需求的扩大推动我国新系列火箭的诞生,所谓的小卫星就是指500kg以下的卫星,越来越多的事例证明,小型运载火箭发挥着越来越重要的角色。

作为航天技术强国的美国,在该领域投入了大量的人力物力财力,甚至还为此成立了快速响应空间办公室,旨在增强美国的空间作战力量。

而实现这一目标的关键,就是要在小型运载火箭领域取得突破,以快速实现侦查、通信等用途的卫星发射,及时的获取相关信息,战略意义相当重要。

同样的,在美国提出火箭发射小型化并且将其成功运用实现的时候,中国的航空航天事业在该领域处于相对滞后状态。

最后就是推动固体燃料发动机发展的需要,放眼世界,在各航天大国当中,捆绑大型固体助推器是构建大型运载火箭、丰富运载火箭谱的技术途径。

其主要工作原理就是利用固态物质作为火箭的推进器,点燃后在燃烧室燃烧产生高温高压的燃气。

即把化学能转化为热能,经过喷管膨胀加速后,再转化为动能,从而产生推力推动火箭向前飞行。

与液体燃料发动机相比,具有成本低、时间短、效率高等显著优点。

二:小蘑菇,大突破

为了应对航天航天发现事业出现的新变化,2010年10月,中国航天科技集团公司将长征11号火箭作为内部型号立项,集齐国内优秀的航空航天专家,在现有的基础上,将其他型号的性能合格、成熟度高的产品运用在长征11号火箭上。

经过五年的研究和实验,终于在2015年9月25日9点41,长征11号首次在酒泉卫星发射中心发射成功,携带浦江一号和另外3颗微小卫星升空。

长征11号作为四级固体运载火箭,全长21米,总重量约为57吨,起飞推力120吨,700km太阳同轨运载能力达350kg,低轨运载能力500kg,可以满足不同任务不同载荷不同轨道的多样化发射需求。

在观看长征11系列火箭发射的时候,可以很明显的观察到火箭产生的烟柱会伴随着火焰的升空,和吐烟圈一样。

出现这种现象的原因,是因为长征11系列是固体运载火箭,和常见的火箭不太一样,采用的是冷发射模式。

冷发射首先运用于鱼雷发射,60年代后推广用于导弹发射。

简单来说,冷发射是指在导弹发射的时候由弹射装置或者其他的方式使火箭加速运动。

直到其离开发射装置,然后上升到一定高度的时候再点燃导弹发动机,让其继续加速飞行。

这种发射模式具有诸多优点,一是可以减少动力的消耗,二是可以减少导弹与外部环境的接触,可以提高导弹的使用寿命和使用效率;

三是减少了对周围环境的影响,即使在森林密布的地区也不用担心导弹发射带来火灾的问题,四是简化了发射结构,大大节省了发射时间。

其实从长征11系列的外观来看,很有可能就是某款洲际导弹的衍生品,所以在导弹领域广泛应用的冷发射技术出现在长征11号身上也就不足为奇了。

伴随着火箭的升空,发动机的点燃会释放出巨大的热量,在冷热交替的作用下,进而产生烟柱烟圈状态,同时残余的燃料会在大气层进一步扩散。

加之在阳光的照射下,炸药燃气向上遇冷,从而产生了蘑菇云的现象,整个发射过程就和吐烟圈一样。

长征11系列发射时候产生蘑菇云状的奇观,折射出的是我们航空航天事业的飞速发展,是长征11系列采用新的发射技术的表现。

其实,长征11系列除了采用固体燃料发动机以及导弹常用的冷发射原理之外,还有许多其他新的突破,并且随着时间的发展,长征11系列衍生出越来越多的新型号。

三:新征程,新优势

长征11号除了上述优势之外,还有两个其他的显著特点。

其一,长征十一号具有发射便捷灵活的特点,其背后是长征11系列运载火箭总体采用了模块化的一个设计思路,所以能够在比较段的时间内完成一个高效率的火箭发射。

从发射现场也可窥视出一些门道,长征11系列大部分火箭箭体被桶状发射架牢牢的包裹住 露出一部分火箭头在外,与国外同类型火箭存在较大的不同。

有细心的人士也会发现,长征系列与洲际导弹十分点相似,如果把颜色改变一下,估计许多人都无法分辨是运载火箭还是洲际导弹。

其实,长征11系列运载火箭本身就是军转民的成果,并且在其设计的过程当中也是采用现有的成熟产品,不可避免的会带有强烈的军工产品色彩。

这种做法有一个显著的优势那就是研发制造成本低,利用现有成熟的体系可以批量制造,进行模块化安装等,能够显著的降低成本。

除此之外,相比于其他液体火箭需要将近一个月的准备时间,长征11系列运载火箭仅仅需要24小时便可完成准备,极大的缩短了发射时间。

其二,长征11系列运载火箭具有质量小、动能大的特点,一箭多星技术已经十分成熟。

例如在2016年第一次探索民营卫星商业搭载的发射模式当中,就采用一箭五星的发射方式,成功的搭载不同的卫星升空运行。

但中国航空航天似乎并不满足于此,仅仅在两年之后又推出了运力提升型号,在酒泉卫星发射基地长征11号遥三搭载六颗卫星成功升空,同时也是我国首次全商业发射。

长征系列不仅仅满足于陆基发射,还开始积极的探索海上平台发射模式。

2019年6月5日,长征11号H-WEY搭载五颗卫星,在黄海海域海上发射平台首次实现了海上发射,标志着我国小型运载火箭发展取得了重大突破。

海上平台发射相比于陆基平台发射一方面具有落区可选择范围大、移动范围广的优势。

通常在火箭发射之后,一级箭体等部件会因为高度的原因,无法在大气层彻底的燃烧从而坠毁,在路基发射的时候需要充分考虑火箭残骸坠毁所带来的危险性。

因此,火箭发射通常选择在人烟稀少的地方,这样一来可供发射火箭的区域就被大大的减少。

而海上发射则不同,广袤的大海可以使残骸坠入其中,能够有效的解决火箭航区和残骸落区的安全性问题。

海上发射平台可以自由的移动,使其尽可能的靠近赤道附近点低纬度地区,最大限度的利用自转速度来降低燃剂消耗。

另一方面就是可以满足小倾角的发射需求,小倾角卫星有利于数据的获取,受限于我国的地理位置,难以满足小倾角卫星的发射需求,而利用海上发射平台,在我国的南海等地选择发射地点,能够有效的破解这一难题。

总而言之,长征11系列运载火箭是我国为了应对航天航空市场发生的新变化而推出的新产品并且在不断的更新中,正在迎头赶上甚至是超过国外技术水平。

小小的蘑菇云的背后,是中国航天事业的大进步,也是无数科研人员和工作者的心血付出,在此,向他们致以最高的敬意。