2020年12月22日12時(shí)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(yùn)載火箭長征八號，從文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火升空，將新技術(shù)驗(yàn)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(yùn)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(yùn)而生。一院長征八號運(yùn)載火箭總指揮肖耘說，該型火箭將有力推動(dòng)我國中型運(yùn)載火箭的更新?lián)Q代，而且將帶動(dòng)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。或許在不久的將來，它能將我們對未來火箭的許多夢想一一變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

填補(bǔ)太陽同步軌道運(yùn)載能力空白

自上世紀(jì)80年代開始，我國就圍繞新一代運(yùn)載火箭開展了規(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(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)。

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(yàn)驗(yàn)證成果，實(shí)現(xiàn)型號快速集成研制。

一院長征八號運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)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(yùn)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(yùn)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(xiàng)能力提升到了4.5噸。這不僅是長征系列火箭運(yùn)載能力的提升，對衛(wèi)星等有效載荷來說，也是平臺(tái)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(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(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)技術(shù)為重復(fù)使用奠定基礎(chǔ)

據(jù)一院長征八號運(yùn)載火箭副總指揮段保成介紹，長征八號火箭在立項(xiàng)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(jì)可靠性等綜合考慮，努力實(shí)現(xiàn)火箭研制和市場挖潛“雙成功”。

記者從一院了解到長征八號的研制采用了虛實(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，通過全箭動(dòng)力學(xué)模型組裝和數(shù)值仿真計(jì)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(fèi)用。

為了能在商業(yè)市場占據(jù)有利陣地，研制團(tuán)隊(duì)在對長征八號電氣、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行低成本設(shè)計(jì)的同時(shí)，還開展了垂直起降研究，對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。

要向?qū)崿F(xiàn)火箭的重復(fù)使用，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)實(shí)施了節(jié)流控制，這是發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)技術(shù)在我國運(yùn)載火箭首次實(shí)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(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，為我國重復(fù)使用運(yùn)載火箭研制奠定了基礎(chǔ)。

多項(xiàng)新技術(shù)讓火箭更聰明

近年來，我國運(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。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)，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(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的靜不穩(wěn)定度大的難題。

同時(shí)，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(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。

針對當(dāng)前我國運(yùn)載火箭火箭測試周期長、在發(fā)射區(qū)占位時(shí)間長的問題，科研團(tuán)隊(duì)積極探索火箭快速發(fā)射路徑，為長征八號設(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)場對接。預(yù)計(jì)在2022年左右，長征八號將實(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。

延伸閱讀

為什么要向太陽同步軌道發(fā)射衛(wèi)星?

錢航

對傳統(tǒng)戰(zhàn)略型任務(wù)來說，長期穩(wěn)定性和全球覆蓋能力是衛(wèi)星軌道應(yīng)該具備的重要特性，如地球靜止軌道(GEO)、閃電軌道(Molniya)和太陽同步軌道(SSO)等。這些軌道都著眼于衛(wèi)星長期在軌執(zhí)行任務(wù)。

太陽同步軌道的軌道平面與太陽的夾角保持不變，有利于衛(wèi)星對地面進(jìn)行長期觀測。太陽同步軌道可以為一些觀測型任務(wù)提供較穩(wěn)定的太陽入射條件，在太陽同步軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，可在相同的時(shí)間和光照條件下觀察云層和地面目標(biāo)。因此，氣象衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星和照相偵察衛(wèi)星一般都選取太陽同步軌道，以使拍攝的地面目標(biāo)的圖像最好。

為了保證對地觀測類衛(wèi)星前后2天可在相同時(shí)間、相同光照條件下觀察云層和地面目標(biāo)，衛(wèi)星的軌道平面，要與太陽、地球連線保持固定的夾角。由于地球繞著太陽公轉(zhuǎn)，因此太陽、地球連線也一直在轉(zhuǎn)動(dòng)，相應(yīng)衛(wèi)星軌道平面也要隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)1年，為使軌道平面保持固定的角度，衛(wèi)星必須旋轉(zhuǎn)或進(jìn)動(dòng)360度，即軌道平面每天旋轉(zhuǎn)0.9856度(360度÷365.25天)，且軌道面向東方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

未來5年至10年，太陽同步軌道的較大噸位航天發(fā)射任務(wù)需求旺盛。(付毅飛)