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长征八号火箭成功首飞,中国可重复使用火箭未来可期

长征八号火箭后续将进行可重复使用技术的研究工作,中国的可重复使用火箭离诞生为期不远。

12月22日,由航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院(以下简称火箭院)抓总研制的长征八号运载火箭在文昌航天成功发射,将新技术验证七号、海丝一号等5颗卫星送入预定轨道。

长征八号火箭首飞成功意义不小,其将我国运载火箭太阳同步转移轨道运载能力从3吨提升至4.5吨,填补了新一代运载火箭家族的运力空白。

这是我国新一代中型运载火箭长征八号的首次飞行任务,也是长征系列运载火箭的第356次飞行。火箭院长征八号火箭总指挥肖耘表示,“长征八号火箭的首飞成功,将有力推动我国中型运载火箭的更新换代,而且将带动和牵引我国未来中低轨卫星的发展,满足未来中低轨高密度发射任务需求,对航天强国建设具有重要意义。”

长征八号火箭垂直转运。

为何研制长征八号?

“十三五”期间,长征系列运载火箭不断提升的能力和发射次数,让中国人探索宇宙的脚步迈得更远。五年间,以长征五号、长征六号、长征七号、长征十一号等为代表的新一代运载火箭成功首飞,不仅国际航天前所未有,更是极大提升我国进入空间的能力。既然新一代运载火箭家族已经有了这么多成员,为何还要研制长征八号呢?

目前我国具备中低轨道发射能力的主力火箭能够将3吨的有效载荷送到太阳同步轨道。肖耘介绍说,“长征八号火箭将此项能力提升到了4.5吨,这是长征系列运载火箭能力的提升,对卫星等有效载荷来说也将是一个平台的升级换代。”

“在太阳同步轨道上,具备5吨级运载能力的长征八号火箭,将和长征五号、长征六号、长征七号、长征十一号等新一代运载火箭形成更加优化、合理的能力布局,这将大力提升中国航天进出空间的能力,对推进中低轨道卫星组网建设具有重大意义。”肖耘指出。

从外形上看,长征八号与长征五号、长征七号等新火箭最大的不同是芯级捆绑2枚助推器,而长征五号和长征七号捆绑了4个助推器。长征八号火箭全长约50.3米,起飞质量约356吨,700公里太阳同步轨道运载能力不小于4.5吨。

澎湃新闻(www.thepaper.cn)从火箭院获悉,长征八号火箭箭体结构芯一级直径3.35米,芯二级直径3米,助推器直径2.25米,整流罩直径4.2米。动力系统芯一级配置2台120吨级YF-100液氧煤油发动机,芯二级配置2台8吨级YF-75氢氧发动机,助推器配置1台120吨级YF-100液氧煤油发动机。

长征八号火箭与长征七号和长征三号甲系列火箭有很多技术联系。长征八号火箭总设计师宋征宇说:“长征八号是在长征七号运载火箭基础上,与长征三号甲系列火箭三子级组合形成的一款新构型火箭。”

长征八号火箭2018年4月转入工程研制阶段工作,2020年10月完成了出厂评审。“从型号开始论证到首飞火箭具备出厂条件,仅用时2年多,这在新一代运载火箭研制的历史上是不多见的。 ”宋征宇介绍道。

用时2年多就实现首飞,这与长征八号火箭在研制中遵循“模块化、系列化、组合化”的发展思路息息相关。这一思路充分继承在役型号的产品和技术,借鉴已有的试验验证成果,实现型号快速集成研制。基于现有模块组合开展设计,开创了逆向设计的范式,以硬件产品为约束,采用发动机节流、风修弹道设计、主动减载、载荷精细化等多项技术进行迭代优化闭环,以较小成本、最快时间完成集成研制。

该火箭还是我国首个研制中未开展全箭模态试验的中大型火箭,采用虚实结合的模态分析技术。全箭动特性数据在已有模块试验数据及动力学模型的基础上,通过全箭动力学模型组装和数值仿真计算获取。通过长征八号的研制探索为后续其它大型、重型火箭的模态综合技术奠定基础,大幅缩短研制周期、降低研制费用。

长征八号火箭主要用于发射太阳同步转移轨道卫星。

验证可重复使用相关技术

12月18日,美国SpaceX公司使用“猎鹰”9火箭将美国国家侦察办公室(NRO)一颗神秘军用卫星送入太空。这是该公司今年最后一次发射,也是今年第26次发射,发射次数超过大多数航天大国,令人瞩目。

值得一提的是,本次发射使用的是一枚“四手”火箭(第一级火箭可重复使用,此前曾执行四次发射火箭),在本次发射中,这枚箭成功实施了返场着陆回收。当下,可重复使用的“猎鹰”9火箭已经成为SpaceX公司明星产品和“摇钱树”,凭借较低的发射成本赢得了不少国际订单。

目前,可重复使用技术已经成为未来火箭发展的重要趋势之一。未来,长征八号也将发展为可重复使用火箭。

据悉,长征八号火箭采用可回收式设计,以实现芯一级和固体助推器的回收,可以极大地减少火箭发射的成本,同时还大大缩短发射周期。

要想实现火箭的重复使用,发动机推力调节是重要的技术。本次发射中,长征八号火箭应用了发动机推力调节技术,这在我国运载火箭中是首次工程应用,大幅提升了总体设计优化能力,助力提升火箭的任务适应能力,为后续重复使用技术提前进行了相关先期技术验证,为我国重复使用运载火箭研制打下坚实基础。

可重复使用技术只是降低发射成本的措施之一。据长征八号火箭副总指挥段保成介绍,长征八号火箭在立项之初就确立了以市场需求为导向进行研制,充分考虑了技术与经济的一体化,从能力指标、经济可靠性等综合考虑,实现火箭的成本有效控制,进而实现火箭研制和市场挖潜的“双成功”,

也正是因为火箭研制之初以市场需求为导向的研制思路,研制团队对市场的重要性有着充分认识。在此次发射任务中,火箭研制人员一直与卫星用户沟通星箭接口等问题,积极主动为用户服务。后续随着批量化生产的能力提升,客户从签署发射服务合同到实施发射将缩短至一年,组网建设周期将进一步缩短。

后续在长八火箭的基础上还将研制融合型火箭,实现电气一体化、‘两平一垂’快速发射、提升经济性的火箭。

“‘两平一垂’即水平组装、水平状态整体运输、星罩组合体垂直转场对接,探索我国运载火箭快速发射的实现路径。” 宋征宇介绍说,“预计在2022年前后,融合型长征八号运载火箭将实现‘两平一垂’,可大幅简化发射场建设规模,发射区不再需要规模庞大、组成复杂的塔架,减少建设成本。”

除了上述措施,长征八号火箭自身性能也有助进一步降低发射成本。“长征八号火箭本身运载能力达到5吨级,而起飞规模为356吨,运载效率在国内火箭中是名列前茅的,运载能力的提升、成本的下降,必然会带来很高的性价比。”段保成说。

“这是一款性价比优、易用性好、安全性高的运载火箭。”长征八号火箭副总设计师吴义田指出,“我们的目标是要在国内外的航天发射市场里面,占据一席之地。”

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