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長(zhǎng)征八號(hào)的完美“首秀”，再一次讓中國(guó)火箭家族走進(jìn)公眾視線。

2020年12月22日12時(shí)37分，我國(guó)新一代運(yùn)載火箭長(zhǎng)征八號(hào)以“一箭五星”的方式，在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)首飛成功。

此前，長(zhǎng)征五號(hào)、長(zhǎng)征六號(hào)、長(zhǎng)征七號(hào)、長(zhǎng)征十一號(hào)4型新一代火箭，也已分別完成首飛任務(wù)。如今，隨著長(zhǎng)征八號(hào)成功首飛，“十三五”期間我國(guó)新一代運(yùn)載火箭悉數(shù)完成亮相。

“短短幾年時(shí)間，5型新火箭成功首飛，極大提升了我國(guó)進(jìn)入空間的能力，進(jìn)一步豐富和完善新一代運(yùn)載火箭系列型譜基本構(gòu)架。”中國(guó)航天科技集團(tuán)一院院長(zhǎng)王小軍告訴記者，“十三五”期間，長(zhǎng)征五號(hào)、長(zhǎng)征七號(hào)、長(zhǎng)征八號(hào)等新一代運(yùn)載火箭集體亮相、成功首飛，逐漸在密集、復(fù)雜的航天任務(wù)中擔(dān)當(dāng)重任，可以說(shuō)，我國(guó)運(yùn)載火箭發(fā)展邁入綠色無(wú)污染的新階段，運(yùn)載能力達(dá)到世界一流水平。

現(xiàn)役火箭將逐步退出歷史舞臺(tái)，未來(lái)實(shí)現(xiàn)新老全面交替

據(jù)王小軍介紹，新一代運(yùn)載火箭采用無(wú)毒、無(wú)污染推進(jìn)劑，在繼承現(xiàn)役運(yùn)載火箭技術(shù)基礎(chǔ)上，攻克了120噸液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)、50噸氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)、5米直徑箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造等數(shù)十項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難關(guān)。

2020年5月5日，為我國(guó)載人空間站工程研制的長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭在文昌首飛成功，正式拉開(kāi)中國(guó)載人航天工程“第三步”任務(wù)的序幕。如今時(shí)隔半年多，長(zhǎng)征八號(hào)成功首飛，又將我國(guó)運(yùn)載火箭太陽(yáng)同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力從3噸提升至4.5噸。

王小軍告訴記者，與現(xiàn)役運(yùn)載火箭相比，新一代運(yùn)載火箭不僅采用無(wú)毒、無(wú)污染的推進(jìn)劑，而且運(yùn)載能力成倍增長(zhǎng)，令中國(guó)進(jìn)入空間能力大幅提高。隨著新一代長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭的發(fā)展和完善，目前現(xiàn)役的運(yùn)載火箭將逐步退出歷史舞臺(tái)，實(shí)現(xiàn)新老火箭全面交替。

他以剛剛首飛的長(zhǎng)征八號(hào)為例，這是一型兼顧近地軌道和地球同步轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射能力的新型火箭，有效填補(bǔ)了中國(guó)新一代運(yùn)載火箭的能力空白。

中國(guó)航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)征八號(hào)運(yùn)載火箭總指揮肖耘告訴記者，隨著中國(guó)航天發(fā)展，中低軌衛(wèi)星發(fā)射需求越來(lái)越旺盛，而此前我國(guó)新一代火箭的運(yùn)載能力尚存空白，不能滿足3噸至4.5噸太陽(yáng)同步軌道發(fā)射需求。長(zhǎng)征八號(hào)應(yīng)運(yùn)而生。

肖耘說(shuō)，長(zhǎng)征八號(hào)火箭將有力推動(dòng)我國(guó)中型運(yùn)載火箭的更新?lián)Q代，而且將帶動(dòng)和牽引我國(guó)中低軌衛(wèi)星的發(fā)展，滿足未來(lái)中低軌高密度發(fā)射任務(wù)需求。

據(jù)他介紹，自上世紀(jì)80年代開(kāi)始，我國(guó)就圍繞新一代運(yùn)載火箭開(kāi)展了規(guī)劃，逐步形成了小、中、大新一代運(yùn)載火箭的型譜發(fā)展規(guī)劃。

經(jīng)過(guò)數(shù)十年預(yù)研和工程研制，我國(guó)成功研制了長(zhǎng)征五號(hào)、長(zhǎng)征七號(hào)等新一代運(yùn)載火箭，形成了2.25米、3.35米和5米直徑的通用模塊，為后續(xù)新一代運(yùn)載火箭“模塊化、系列化、組合化”發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

肖耘說(shuō)，長(zhǎng)征八號(hào)的研制遵循既定發(fā)展思路，充分繼承在役型號(hào)的產(chǎn)品和技術(shù)，借鑒已有的試驗(yàn)驗(yàn)證成果，實(shí)現(xiàn)型號(hào)快速集成研制。

據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)征八號(hào)運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)師宋征宇介紹，長(zhǎng)征八號(hào)是在長(zhǎng)征七號(hào)火箭基礎(chǔ)上，與長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭三子級(jí)組合形成的新構(gòu)型火箭。其采用芯級(jí)捆綁2枚助推器構(gòu)型，全長(zhǎng)約50.3米，起飛質(zhì)量約356噸，起飛推力約480噸，700公里太陽(yáng)同步軌道運(yùn)載能力不小于4.5噸。

宋征宇表示，目前我國(guó)具備中低軌道發(fā)射能力的主力運(yùn)載火箭，只能將3噸有效載荷送到太陽(yáng)同步軌道，而長(zhǎng)征八號(hào)將此項(xiàng)能力提升到了4.5噸。這不僅是長(zhǎng)征系列火箭運(yùn)載能力的提升，對(duì)衛(wèi)星等有效載荷來(lái)說(shuō)，也是平臺(tái)的“升級(jí)換代”。

“未來(lái)，長(zhǎng)征八號(hào)將和長(zhǎng)征五號(hào)、長(zhǎng)征六號(hào)、長(zhǎng)征七號(hào)、長(zhǎng)征十一號(hào)等新一代運(yùn)載火箭形成更加優(yōu)化、合理的能力布局。這將大力提升中國(guó)航天進(jìn)出空間的能力，對(duì)推進(jìn)中低軌道衛(wèi)星組網(wǎng)建設(shè)具有重大意義。”肖耘說(shuō)。

未來(lái)中國(guó)火箭可重復(fù)使用、更聰明?

未來(lái)中國(guó)的火箭將是什么樣的，可重復(fù)使用，還是高度智慧化?

這其中，前者因?yàn)槊绹?guó)“鋼鐵俠”埃隆·馬斯克的嘗試，讓人們充滿期待。過(guò)去幾年，埃隆·馬斯克麾下的獵鷹火箭先后完成陸地、海上回收，被認(rèn)為是商業(yè)航天領(lǐng)域典型的成功案例，也再一次點(diǎn)燃了人類移民火星的夢(mèng)想。

從這個(gè)角度來(lái)看，長(zhǎng)征八號(hào)的首飛似乎有著更為重要的意義，用專家的話說(shuō)，“從它身上能看到未來(lái)中國(guó)火箭的影子”。在不久的將來(lái)，長(zhǎng)征八號(hào)有望把科研人員構(gòu)想中未來(lái)火箭的相關(guān)技術(shù)，一一變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

比如，要想實(shí)現(xiàn)火箭的“可重復(fù)使用”，發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)是重要的技術(shù)手段。此次發(fā)射中，長(zhǎng)征八號(hào)運(yùn)載火箭便應(yīng)用了發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)技術(shù)，這在我國(guó)運(yùn)載火箭中，還是首次工程應(yīng)用。

據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)征八號(hào)運(yùn)載火箭副總指揮段保成介紹，該技術(shù)能大幅提升火箭的總體設(shè)計(jì)優(yōu)化能力和任務(wù)適應(yīng)能力，其首次應(yīng)用也為后續(xù)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了先期技術(shù)驗(yàn)證，為我國(guó)重復(fù)使用運(yùn)載火箭研制奠定了基礎(chǔ)。

他告訴記者，長(zhǎng)征八號(hào)火箭在立項(xiàng)之初就確立了以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向進(jìn)行研制，從能力指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)可靠性等綜合考慮，努力實(shí)現(xiàn)火箭研制和市場(chǎng)挖潛“雙成功”。

段保成說(shuō)，長(zhǎng)征八號(hào)的研制采用了虛實(shí)結(jié)合的模態(tài)分析技術(shù)，全箭動(dòng)特性數(shù)據(jù)在已有模塊試驗(yàn)數(shù)據(jù)及動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)全箭動(dòng)力學(xué)模型組裝和數(shù)值仿真計(jì)算獲取。長(zhǎng)征八號(hào)的研制探索，為后續(xù)大型、重型火箭的模態(tài)綜合技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，有助于大幅縮短其研制周期，降低研制費(fèi)用。

他還專門提到，為了能在商業(yè)市場(chǎng)占據(jù)有利陣地，研制團(tuán)隊(duì)在對(duì)長(zhǎng)征八號(hào)的電氣、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行低成本設(shè)計(jì)的同時(shí)，還開(kāi)展了“垂直起降”的研究，對(duì)該火箭采用了可回收設(shè)計(jì)，力求實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用。

近年來(lái)，我國(guó)運(yùn)載火箭高密度發(fā)射已呈常態(tài)化，但也偶爾發(fā)生飛行故障甚至飛行失利的案例。

有人設(shè)想，如果火箭具備故障診斷和自主飛行能力，在發(fā)生故障時(shí)，火箭自主調(diào)整，飛行結(jié)果是否就能大幅改善?

長(zhǎng)征八號(hào)在解決這一難題上也做了嘗試。

宋征宇告訴記者，科研人員在長(zhǎng)征八號(hào)身上，通過(guò)研究分析各種減載穩(wěn)定控制方法，并采用自抗擾技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償控制，提高主動(dòng)減載的效果，解決了大整流罩帶來(lái)的“靜不穩(wěn)定度”大的難題。

他說(shuō)，基于控制效果的噴管極性辨識(shí)和控制重構(gòu)算法，能讓運(yùn)載火箭“更聰明”。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，長(zhǎng)征八號(hào)具備了滑行段飛行故障在線辨識(shí)能力，能夠在特定故障工況下自主進(jìn)行姿態(tài)控制重構(gòu)，提升了飛行控制適應(yīng)性和智能化水平。

變定制為通用，未來(lái)發(fā)射任務(wù)周期更短

來(lái)自中國(guó)航天科技集團(tuán)一院的資料顯示：長(zhǎng)征八號(hào)火箭自2018年4月轉(zhuǎn)入工程研制階段工作，2020年10月完成了出廠評(píng)審。

宋征宇說(shuō)，從型號(hào)開(kāi)始論證到首飛火箭具備出廠條件，僅用時(shí)兩年多，這在新一代運(yùn)載火箭研制的歷史上是不多見(jiàn)的。

他告訴記者，針對(duì)當(dāng)前我國(guó)運(yùn)載火箭測(cè)試周期長(zhǎng)、在發(fā)射區(qū)占位時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，科研團(tuán)隊(duì)積極探索火箭快速發(fā)射路徑，為長(zhǎng)征八號(hào)設(shè)計(jì)了“兩平一垂”發(fā)射模式，即水平組裝、水平狀態(tài)整體運(yùn)輸、星罩組合體垂直轉(zhuǎn)場(chǎng)對(duì)接。

據(jù)他透露，預(yù)計(jì)在2022年左右，長(zhǎng)征八號(hào)將實(shí)現(xiàn)“兩平一垂”發(fā)射。屆時(shí)，發(fā)射區(qū)將不再需要規(guī)模龐大、組成復(fù)雜的塔架，可減少建設(shè)成本。

王小軍告訴記者，“十三五”期間，長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭不斷提升的能力和發(fā)射次數(shù)，讓中國(guó)人探索宇宙的腳步邁得更遠(yuǎn)。

“十三五”期間，面對(duì)高強(qiáng)密度發(fā)射，中國(guó)航天科技集團(tuán)一院提出設(shè)計(jì)上變“定制火箭”為“通用火箭”——火箭經(jīng)最小程度適應(yīng)性更改即能應(yīng)用于其他任務(wù)，將一發(fā)火箭任務(wù)調(diào)整周期由原來(lái)的18個(gè)月減少到4至5個(gè)月。

王小軍透露，新一代火箭可實(shí)現(xiàn)每年5-8發(fā)的總裝總測(cè)和發(fā)射能力，完成組批投產(chǎn)。值得一提的是，常溫液體火箭的發(fā)射場(chǎng)流程，也從原來(lái)的35天精簡(jiǎn)至15天。

他以長(zhǎng)征十一號(hào)為例，該火箭更是具備全天候數(shù)小時(shí)內(nèi)發(fā)射能力，大幅提升了我國(guó)快速進(jìn)入太空能力。