長征八號來了！從它身上能看到未來火箭的影子

王偉童 高崇芮 董佳瑩 付毅飛/文

2020 年12 月22 日12 時37 分，由中國航天科技集團(tuán)一院抓總研制的我國新一代中型運載火箭長征八號，從文昌航天發(fā)射場點火升空，將新技術(shù)驗證七號、海絲一號、元光號、天啟星座零八星、智星一號A 星5 顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，圓滿完成首次飛行任務(wù)。

隨著中國航天發(fā)展，中低軌衛(wèi)星發(fā)射需求越來越旺盛，而此前我國新一代火箭的運載能力尚存空白，不能滿足3 噸至4.5 噸太陽同步軌道發(fā)射需求。

長征八號應(yīng)運而生。一院長征八號運載火箭總指揮肖耘說，該型火箭將有力推動我國中型運載火箭的更新?lián)Q代，而且將帶動和牽引我國中低軌衛(wèi)星的發(fā)展，滿足未來中低軌高密度發(fā)射任務(wù)需求。

除了意義重大，從長征八號身上還能看到未來火箭的影子?；蛟S在不久的將來，它能將我們對未來火箭的許多夢想一一變?yōu)楝F(xiàn)實。

填補太陽同步軌道運載能力空白

自20 上世紀(jì)80 年代開始，我國就圍繞新一代運載火箭開展了規(guī)劃，逐步形成了小、中、大新一代運載火箭的型譜發(fā)展規(guī)劃。

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

長征八號的研制遵循既定發(fā)展思路，充分繼承在役型號的產(chǎn)品和技術(shù)，借鑒已有的試驗驗證成果，實現(xiàn)型號快速集成研制。

航天一院長征八號運載火箭總設(shè)計師宋征宇介紹，長征八號是在長征七號火箭基礎(chǔ)上，與長征三號甲系列火箭三子級組合形成的新構(gòu)型火箭。其采用芯級捆綁2 枚助推器構(gòu)型，全長約50.3 米，起飛質(zhì)量約356 噸，起飛推力約480 噸，700 公里太陽同步軌道運載能力不小于4.5 噸。

肖耘表示，目前我國具備中低軌道發(fā)射能力的主力運載火箭，只能將3 噸有效載荷送到太陽同步軌道，而長征八號將此項能力提升到了4.5 噸。這不僅是長征系列火箭運載能力的提升，對衛(wèi)星等有效載荷來說，也是平臺的升級換代。

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

發(fā)動機推力調(diào)節(jié)技術(shù)為重復(fù)使用奠定基礎(chǔ)

據(jù)航天一院長征八號運載火箭副總指揮段保成介紹，長征八號火箭在立項之初就確立了以市場需求為導(dǎo)向進(jìn)行研制，從能力指標(biāo)、經(jīng)濟可靠性等綜合考慮，努力實現(xiàn)火箭研制和市場挖潛“雙成功”。

記者從航天一院了解到長征八號的研制采用了虛實結(jié)合的模態(tài)分析技術(shù)，全箭動特性數(shù)據(jù)在已有模塊試驗數(shù)據(jù)及動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過全箭動力學(xué)模型組裝和數(shù)值仿真計算獲取。長征八號的研制探索，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，降低研制費用。

為了能在商業(yè)市場占據(jù)有利陣地，研制團(tuán)隊在對長征八號電氣、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行低成本設(shè)計的同時，還開展了垂直起降研究，對該火箭采用了可回收設(shè)計，力求實現(xiàn)可重復(fù)使用。

要向?qū)崿F(xiàn)火箭的重復(fù)使用，發(fā)動機推力調(diào)節(jié)是重要技術(shù)之一。本次飛行任務(wù)中，長征八號液體發(fā)動機實施了節(jié)流控制，這是發(fā)動機推力調(diào)節(jié)技術(shù)在我國運載火箭首次實現(xiàn)工程應(yīng)用。該技術(shù)不僅能大幅提升火箭的總體設(shè)計優(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)驗證，為我國重復(fù)使用運載火箭研制奠定了基礎(chǔ)。

多項新技術(shù)讓火箭更聰明

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

科研人員在長征八號身上，通過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)行實時補償控制，提高主動減載的效果，解決了大整流罩帶來的靜不穩(wěn)定度大的難題。

同時，基于控制效果的噴管極性辨識和控制重構(gòu)算法，能讓運載火箭更聰明。通過該技術(shù)的應(yīng)用，長征八號具備了滑行段飛行故障在線辨識能力，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。

針對當(dāng)前我國運載火箭火箭測試周期長、在發(fā)射區(qū)占位時間長的問題，科研團(tuán)隊積極探索火箭快速發(fā)射路徑，為長征八號設(shè)計了“兩平一垂”發(fā)射模式，即水平組裝、水平狀態(tài)整體運輸、星罩組合體垂直轉(zhuǎn)場對接。預(yù)計在2022 年左右，長征八號將實現(xiàn)“兩平一垂”發(fā)射。屆時發(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。