文/ 任悅鳴 攝/ 宿東

2020 年12 月22 日，我國新一代運載火箭長征八號在中國文昌航天發(fā)射場首飛成功，將5顆衛(wèi)星送入預定軌道，有效填補我國太陽同步軌道運載能力3噸到4.5 噸之間的空白，為我國未來中、低軌衛(wèi)星發(fā)射的迫切需求提供了新的解決方案，標志著我國在新一代中型運載火箭研制中取得了重大突破，對于完善我國運載火箭型譜、提升進入空間能力具有重大意義。

據(jù)長征八號火箭總設計師宋征宇介紹，長八火箭是一款在立項之初就按不同發(fā)射需求設計兩檔配置的智慧火箭，身懷“可重復使用技術(shù)”等獨門絕技，兼顧近地軌道和地球同步轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射能力，是未來我國商業(yè)航天發(fā)射服務的主力軍。

長征八號火箭在研制過程中，始終踐行深度融合的思路，簡化火箭發(fā)射保障需求，做到了性價比優(yōu)、易用性好、安全性高。同時，長征八號火箭充分吸收了現(xiàn)有火箭研制成果，具有良好的繼承性、經(jīng)濟性、先進性和適應性。

走出中國航天可回收技術(shù)驗證第一步

火箭回收技術(shù)是近年來舉世矚目的“航天黑科技”，我國也針對火箭可重復使用技術(shù)展開了探索和研究，這一重任就落在了此次首飛的長征八號運載火箭身上。

長八火箭在飛行中對液體火箭發(fā)動機進行節(jié)流控制。宋征宇形象地比喻說，火箭發(fā)動機的推力節(jié)流技術(shù)就像給汽車換擋一樣，在點火起飛時開足全力沖上去，在飛行過程中調(diào)節(jié)發(fā)動機的推進劑流量，以此來達到調(diào)整推力、控制速度等目的。宋征宇介紹，推進劑節(jié)流技術(shù)可以對火箭進行牽制釋放，不想讓它走的時候能拽得住，想讓它走的時候放得開，這樣才能在火箭返回時“收住油門”。

長八火箭總指揮肖耘表示，火箭回收雖然在短期內(nèi)不會對GDP 產(chǎn)生巨大影響，但可重復使用技術(shù)是全世界運載行業(yè)探索的新方向，“我們作為火箭研制總體單位，需要對新技術(shù)進行嘗試。”研制團隊第一次驗證這項技術(shù)，做了大量的地面試驗?！巴屏φ{(diào)節(jié)技術(shù)是火箭可重復使用的關(guān)鍵技術(shù)，必須掌握?！毙ぴ艑@一技術(shù)志在必得，在他看來，研究過程中的攻關(guān)積累，一定會有助于其他高難度的技術(shù)突破，“長征八號研制團隊，有能力也有義務做火箭可重復使用的嘗試和研究”。

此前幾年，研制團隊圍繞火箭一級回收開展技術(shù)嘗試，以垂直起飛和垂直降落為目標，按步進行火箭回收試驗，目前，著陸緩沖機構(gòu)、低空低速的返回段制導、自主控制等回收技術(shù)均處于緊張的試驗階段，預計在2021 年左右完成可回收關(guān)鍵技術(shù)的進一步攻關(guān)。

有了這項技術(shù)后，還可以在點火起飛時讓發(fā)動機先工作很短的時間，在正式起飛前對發(fā)動機進行全覆蓋測試，一旦發(fā)動機出現(xiàn)故障，立刻節(jié)流控制，緊急叫停發(fā)射任務，避免后續(xù)損失。

這項技術(shù)的驗證，為后續(xù)我國一次性運載火箭重復使用技術(shù)提前進行相關(guān)技術(shù)驗證，為我國重復使用運載火箭研制打下堅實基礎?！胺祷丶夹g(shù)是世界難題，也是中國航天人當前的追求?！毙ぴ耪f，此次發(fā)射的組合型長八火箭，走出中國航天可回收技術(shù)驗證的第一步。

成為商業(yè)航天發(fā)射服務主力軍

與其他型號不同的是，長征八號火箭更多以市場需求為導向進行研制，從能力指標、經(jīng)濟性、可靠性等綜合考慮，實現(xiàn)工程研制的最優(yōu)。據(jù)長八火箭副總指揮段保成介紹，長八火箭在研制過程中踐行了低成本的思路，充分考慮了技術(shù)與經(jīng)濟的一體化，通過包括項目制、高繼承性的嘗試，實現(xiàn)火箭的成本有效控制，努力做到火箭研制和市場挖潛的“雙成功”。

長八火箭立項之初，便被賦予了“打造一款經(jīng)濟、好用、可量化批產(chǎn)并具有國際競爭力的火箭”的光榮使命。長八火箭的主要運載能力集中在太陽同步軌道，而這里恰好是商業(yè)航天發(fā)射需求最為旺盛的“黃金地段”。

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商業(yè)發(fā)射服務最主要的3 個需求，便是物美、價廉、快速。

長八火箭繼承了已有型號的成熟模塊，可靠性設計考慮得更充分，宋征宇指出：“可靠是火箭的基礎，無論面對什么樣的用戶，都需要做到可靠，但提供商業(yè)發(fā)射服務的長八火箭的可靠性，是基于成本考慮的。”他坦言，不能將商業(yè)航天的可靠性和載人航天相比較，不過“未來長征八號火箭可以對標國際同行，經(jīng)濟性有可比性，可靠性更高”。

長八火箭首飛試驗隊將火箭材料的特性挖掘到極致，未來，箱體的人工成本和原材料成本可下降30%，達到經(jīng)濟性和運載能力的平衡。“長八火箭本身運載能力達到5 噸級，而起飛規(guī)模為356 噸，運載效率在國內(nèi)火箭中是名列前茅的。運載能力的提升、成本的下降，必然會帶來很高的性價比?！倍伪３烧f。

長八火箭通過“模塊化、系列化、組合化”研制理念以及全箭模態(tài)綜合技術(shù)等一系列方法，在保證產(chǎn)品可靠性的前提下，進一步節(jié)省測發(fā)成本，縮短研制周期、履約周期和發(fā)射周期，預計未來可實現(xiàn)接單12 個月進場，進場10 天發(fā)射的快速服務能力，用最短時間、最少成本，打造出一款具有競爭力的產(chǎn)品。

想要征戰(zhàn)商業(yè)航天市場，就必須是個多面手，長八火箭不僅可以發(fā)射太陽同步軌道衛(wèi)星，還能兼顧近地軌道和地球同步轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射能力，使其具有更強的市場競爭力。

據(jù)宋征宇介紹，未來商業(yè)航天發(fā)射需求種類繁多，需求迫切?！靶l(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座、對地觀測衛(wèi)星星座都是長八火箭主要用戶，高校和研究所也可以利用科學試驗衛(wèi)星開展試驗，長八火箭可為這些用戶提供常態(tài)化的搭載服務?！?/p>

多項技術(shù)讓智慧火箭更聰明

近年來，我國運載火箭高密度發(fā)射已呈常態(tài)化，但飛行故障甚至飛行失利也偶有發(fā)生。如果火箭具備故障診斷和自主飛行能力，在發(fā)生故障時自主調(diào)整，飛行結(jié)果便能大幅改善。

之所以采用大靜不穩(wěn)火箭主動減載控制技術(shù)，是因為此次發(fā)射的長八火箭是組合型火箭，芯一級和助推器均采用長征七號一級狀態(tài)，結(jié)構(gòu)非常強，而二子級采用長三甲三子級，結(jié)構(gòu)相對比較輕薄，承載能力有限制。按照火箭的飛行軌道設計，火箭將在一、二級分離前通過南海上空稠密大氣層，西向的大風將對火箭飛行形成垂直作用力。

“如果火箭在稠密大氣中仍保持高速飛行的狀態(tài)，輕則拉偏位移，影響入軌精度，重則導致火箭被大風吹斷解體?！毙ぴ耪f。

因此，研制團隊采用大靜不穩(wěn)火箭主動減載控制技術(shù)，通過自適應減載控制，將發(fā)動機100% 的推力降到77.5%，提升了輕質(zhì)貯箱結(jié)構(gòu)對不確定風場的適應性，順利通過“危險地帶”。

此次首飛成功的長八火箭具備了滑行段飛行故障在線辨識的能力，能夠在特定故障工況下自主進行姿態(tài)控制重構(gòu)，提升火箭飛行控制的適應性和智能化水平?；鸺赏ㄟ^設計基于控制效果的噴管故障辨識和控制重構(gòu)算法，開展故障在線辨識，并根據(jù)故障辨識結(jié)果，進行姿態(tài)控制重構(gòu)。

宋征宇告訴記者，假如火箭發(fā)現(xiàn)原有的目標軌道已經(jīng)不可達了，就會自動計算出一個臨時停泊軌道，進行衛(wèi)星救援?！澳壳埃瑖H上明確提出這項技術(shù)的，只有我們長征系列運載火箭?！彼握饔钭院赖卣f，在各項新技術(shù)的加持下，長八火箭變得更加智能了。

“融合型”的長征八號值得期待

長八火箭在設計之初就被分為“組合型”和“融合型”，一型火箭，兩檔配置的模式首次在長征火箭中使用?！熬秃帽韧豢钇?、手機也會有不同配置，滿足不同用戶的需求?！彼握饔钚蜗蟮乇扔?。

此次發(fā)射的長八火箭為“組合型”，具有繼承、簡化、集中、共享等突出特點。后續(xù)，研制團隊還將進一步提升火箭性能，縮短研制和測發(fā)周期，發(fā)射更為先進、更加經(jīng)濟的“融合型長八火箭”。

雖然外形上一模一樣，但“融合型長八火箭”將進一步優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)電氣一體化、地面測發(fā)控一體化、結(jié)構(gòu)快捷制造、快速測發(fā)、無人值守等功能，并搭建新技術(shù)驗證平臺，更適應商業(yè)用戶的需求，成為一款集先進性、安全性、高適應性和強競爭力于一身的新一代中型主力火箭。

“十四五”期間，我國將陸續(xù)淘汰以往使用常規(guī)推進劑的火箭，長八火箭或?qū)⒊袚鹞覈谔柾杰壍腊l(fā)射主力軍的作用。

“技術(shù)的進步勢不可擋，環(huán)保的要求也越來越高，傳統(tǒng)火箭在過去幾十年里，為中國航天事業(yè)的騰飛作出了不可替代的貢獻，但新一代運載火箭的升級換代勢在必行?！彼握饔钫f，長八火箭在其他型號的研制基礎上不斷集成創(chuàng)新，傳統(tǒng)火箭也可以長八火箭首飛為契機，形成良性競爭關(guān)系，共同推動中國航天技術(shù)持續(xù)發(fā)展，為航天強國建設貢獻力量。

未來，長八火箭將按照“快速形成能力，迭代改進提升競爭力”的發(fā)展思路，形成不同運載能力，實現(xiàn)系列化發(fā)展，并通過不斷迭代優(yōu)化，提升競爭力，為我國后續(xù)衛(wèi)星組網(wǎng)工程建設、商業(yè)航天發(fā)射服務提供有力支撐。