長(zhǎng)征8號(hào)——運(yùn)載火箭中的“萬(wàn)金油”

毛新愿

2020年12月22日，中國(guó)航天年末大戲—新型中型運(yùn)載火箭長(zhǎng)征8號(hào)首次飛行試驗(yàn)取得圓滿(mǎn)成功。這款首次亮相的運(yùn)載火箭與長(zhǎng)征火箭家族其他成員相比有什么特點(diǎn)，又有哪些拿手絕活呢？

長(zhǎng)征火箭家族評(píng)點(diǎn)

在討論長(zhǎng)征8號(hào)前，我們先來(lái)評(píng)點(diǎn)一下長(zhǎng)征火箭家族。右圖中橙色部分代表已退役火箭，綠色部分是現(xiàn)役火箭。從中可以看出，中國(guó)航天這些年來(lái)主要由長(zhǎng)征2、3、4三個(gè)系列扛大梁，它們?cè)谇靶┠昴軌虺袚?dān)起我國(guó)航天發(fā)展的主要發(fā)射需求。

a.長(zhǎng)征2C/D主攻小型載荷，一般是1～3噸級(jí)，可發(fā)幾百千米高的低軌、極地軌道以及太陽(yáng)同步軌道。

b.長(zhǎng)征2F是我國(guó)載人航天專(zhuān)用火箭，它是唯一帶有逃逸塔的，也是最安全的運(yùn)載火箭。軌道高度400千米左右，最高運(yùn)力8.6噸。

c.長(zhǎng)征3A/B/C則是高軌專(zhuān)用，軌道高度2萬(wàn)～3.6萬(wàn)千米乃至到月球。我國(guó)的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星以及各路通信衛(wèi)星的發(fā)射，嫦娥工程的順利推進(jìn)都離不開(kāi)它們。長(zhǎng)3堪稱(chēng)能力強(qiáng)、成功率高的王牌火箭家族。

d.長(zhǎng)征4B/C與長(zhǎng)征2C/D略有重合，它們一般針對(duì)太陽(yáng)同步軌道，運(yùn)力2、3噸，并不算強(qiáng)大。

從上述介紹中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的三大主力系列總體上存在一些不足：

a.近地軌道的大型任務(wù)（大于10噸），如大型空間實(shí)驗(yàn)室、空間站的發(fā)射任務(wù)無(wú)法完成。

b.極地/太陽(yáng)同步軌道的大型任務(wù)（大于3噸），如大型雷達(dá)遙感衛(wèi)星的發(fā)射搞不定。

c.高軌和深空的大型任務(wù)（超過(guò)嫦娥水平的）也執(zhí)行不了。

d.燃料落后。四氧化二氮和偏二甲肼是常溫燃料，接觸即燃，發(fā)揮穩(wěn)定，成功率高，在技術(shù)相對(duì)落后的年代做出這樣的選擇可以理解；現(xiàn)在，其劇毒、危險(xiǎn)、價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)日顯突出。

e.均為一次性火箭，成本高，而且還存在火箭殘骸落區(qū)問(wèn)題（我國(guó)的航天發(fā)射場(chǎng)多在內(nèi)陸）。

f.沒(méi)有低成本適合商業(yè)航天發(fā)射的火箭。

要想成為航天大國(guó)，以上不足是必須要克服的。所以，必然要淘汰并替代長(zhǎng)征2、3、4全系列或至少大部分才行。近年來(lái)，我國(guó)又研制了四種新型火箭—長(zhǎng)征5、6、7、11。它們有個(gè)共同點(diǎn)，即采用先進(jìn)的液氧液氫、液氧煤油或固體燃料等，這樣問(wèn)題d就不存在了。具體而言，它們的定位分別是：

1.長(zhǎng)征5號(hào)是我國(guó)現(xiàn)役最強(qiáng)火箭，近地軌道運(yùn)力達(dá)到25噸，可以完美解決a問(wèn)題，也可以大幅改善c問(wèn)題，至少可把6～8噸的大型載荷送往火星。長(zhǎng)征5號(hào)堪稱(chēng)“大國(guó)重器”。

2.長(zhǎng)征7號(hào)系列則是未來(lái)絕對(duì)主力火箭，考慮各種改型潛力，可基本解決a、b、c、d各項(xiàng)需求，稱(chēng)之“國(guó)之棟梁”并不為過(guò)。

3.長(zhǎng)征6號(hào)和11號(hào)屬小型近地軌道專(zhuān)用火箭，價(jià)格便宜，適合商業(yè)發(fā)射。前者是液體燃料（未來(lái)升級(jí)版長(zhǎng)征6號(hào)甲可改固體/液體結(jié)合燃料），后者是純固體燃料，兩者互相補(bǔ)充，部分解決f問(wèn)題（僅限小型載荷）。

4.海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)投入使用，很好地解決了e問(wèn)題，也就是殘骸落區(qū)問(wèn)題。

如果再加上研發(fā)中的新型載人火箭和規(guī)劃中的長(zhǎng)征9號(hào)火箭（近地軌道運(yùn)力達(dá)60～150噸級(jí)），表面上看，中國(guó)火箭家族已經(jīng)完整了，但仔細(xì)考量，還有幾個(gè)問(wèn)題依然存在：

1.長(zhǎng)征5號(hào)和7號(hào)實(shí)在太貴了，不適合商業(yè)發(fā)射以及多次規(guī)模發(fā)射，除非把它們的發(fā)射能力利用到極致，否則就太浪費(fèi)了。

2.長(zhǎng)征11號(hào)無(wú)論怎么改，都很難在短期扛起重任。長(zhǎng)征6號(hào)未來(lái)的改型（甲）能填補(bǔ)一定空白，但不能完全解決太陽(yáng)同步軌道和極地軌道4噸以上的發(fā)射問(wèn)題。

3.模塊化、適應(yīng)多任務(wù)需求的多功能火箭不足。假如現(xiàn)有4、5噸級(jí)別的極地/太陽(yáng)同步軌道任務(wù)需要發(fā)射，就會(huì)發(fā)現(xiàn)用哪個(gè)火箭都不合適：用長(zhǎng)5、長(zhǎng)7，可謂“殺雞用牛刀”；長(zhǎng)2、長(zhǎng)4、長(zhǎng)11又發(fā)射不了或即便能發(fā)射也壓力極大；長(zhǎng)3則是西昌航天發(fā)射場(chǎng)的“釘子戶(hù)”，限于設(shè)施配置不能到處跑，而且它的定位是高軌深空，改起來(lái)不易，也不便宜。2020年12月，長(zhǎng)3的最新改型進(jìn)行了首次太陽(yáng)同步軌道發(fā)射，但這并不是它的主要定位。

長(zhǎng)征8號(hào)能干啥

長(zhǎng)征火箭家族的新成員—長(zhǎng)征8號(hào)的橫空出世，就是專(zhuān)門(mén)用來(lái)以極高的性?xún)r(jià)比集中解決上述問(wèn)題的。該系列火箭基本定位是彌補(bǔ)傳統(tǒng)長(zhǎng)征三大系列在發(fā)射極地/太陽(yáng)同步軌道方面的不足，且肩負(fù)著一個(gè)重要使命：低成本并最終實(shí)現(xiàn)火箭回收復(fù)用。

太陽(yáng)同步軌道和極地軌道是極其重要的軌道資源，由于能基本實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，所以是各種氣象、遙感、偵察、科學(xué)以及資源勘探等衛(wèi)星的必備選項(xiàng)。長(zhǎng)征8號(hào)的出現(xiàn)就是為了完成長(zhǎng)2、長(zhǎng)4、長(zhǎng)11做不到，而用長(zhǎng)5、長(zhǎng)7又浪費(fèi)的中型載荷的近地軌道、極地軌道、太陽(yáng)同步軌道發(fā)射任務(wù)。具體說(shuō)來(lái)就是8噸以?xún)?nèi)低軌、不低于4.5噸的極地/太陽(yáng)同步軌道任務(wù)。同時(shí)，長(zhǎng)征8號(hào)還有能力發(fā)射小型2、3噸級(jí)別的高軌任務(wù)，給長(zhǎng)3系列做補(bǔ)充。由此可見(jiàn)，長(zhǎng)征8號(hào)可稱(chēng)為運(yùn)載火箭中的“萬(wàn)金油”！

長(zhǎng)征8號(hào)運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)理念，把長(zhǎng)征3號(hào)、長(zhǎng)征7號(hào)運(yùn)載火箭的相關(guān)技術(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)靈活組合，實(shí)現(xiàn)低成本可組裝；長(zhǎng)征8號(hào)完全采用清潔推進(jìn)劑（液氧煤油、液氧液氫燃料）；長(zhǎng)征8號(hào)最大的亮點(diǎn)是，它將會(huì)是長(zhǎng)征家族中首個(gè)突破火箭一級(jí)回收技術(shù)的火箭。

美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的獵鷹系列火箭，憑借可復(fù)用、規(guī)?；慨a(chǎn)、成本低廉的“殺手锏”，在國(guó)際商業(yè)航天發(fā)射市場(chǎng)上引發(fā)洗牌般的“鯰魚(yú)效應(yīng)”。美國(guó)傳統(tǒng)的聯(lián)合發(fā)射同盟不斷有火箭被迫退役，著名的德?tīng)査鸺易逯皇Ｏ碌聽(tīng)査?重型火箭，而且目前其形勢(shì)也岌岌可危。研發(fā)可復(fù)用火箭，目前已成為航天界的共識(shí)。

不過(guò)，火箭回收不是一朝一夕能夠成功的，SpaceX也是在無(wú)數(shù)爆炸中才換來(lái)了成功。2020年末首飛的長(zhǎng)征8號(hào)雖然是不可回收版本火箭，但該型號(hào)火箭將作為我國(guó)火箭回收技術(shù)的試驗(yàn)田，技術(shù)成熟后會(huì)不斷應(yīng)用在新型火箭上?？傮w上，終極版長(zhǎng)征8號(hào)會(huì)是無(wú)毒無(wú)污染、低成本、高可靠性、可回收的中型運(yùn)載火箭，主要面向具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。