2020年12月22日12時37分，由中國航天科技集團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)星送入預定軌道，圓滿完成首次飛行任務。

高亮 攝

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。

填補太陽同步軌道運載能力空白

自上世紀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。

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，借鑒已有的試驗驗證成果，實現(xiàn)型號快速集成研制。

一院長征八號運載火箭總設計師宋征宇介紹，長征八號是在長征七號火箭基礎上，與長征三號甲系列火箭三子級組合形成的新構型火箭。其采用芯級捆綁2枚助推器構型，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出空間的能力，對推進中低軌道衛(wèi)星組網(wǎng)建設具有重大意義。”肖耘說。

發(fā)動機推力調(diào)節(jié)技術為重復使用奠定基礎

據(jù)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向進行研制，從能力指標、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”。

記者從一院了解到長征八號的研制采用了虛實結合的模態(tài)分析技術，全箭動特性數(shù)據(jù)在已有模塊試驗數(shù)據(jù)及動力學模型的基礎上，通過全箭動力學模型組裝和數(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)綜合技術奠定了基礎，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，研制團隊在對長征八號電氣、結構等方面進行低成本設計的同時，還開展了垂直起降研究，對該火箭采用了可回收設計，力求實現(xiàn)可重復使用。

要向實現(xiàn)火箭的重復使用，發(fā)動機推力調(diào)節(jié)是重要技術之一。本次飛行任務中，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)技術在我國運載火箭首次實現(xiàn)工程應用。該技術不僅能大幅提升火箭的總體設計優(yōu)化能力和任務適應能力，其首次應用也為后續(xù)相關技術進行了先期技術驗證，為我國重復使用運載火箭研制奠定了基礎。

多項新技術讓火箭更聰明

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，并采用自抗擾技術進行實時補償控制，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算法，能讓運載火箭更聰明。通過該技術的應用，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行姿態(tài)控制重構，提升了飛行控制適應性和智能化水平。

針對當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，科研團隊積極探索火箭快速發(fā)射路徑，為長征八號設計了“兩平一垂”發(fā)射模式，即水平組裝、水平狀態(tài)整體運輸、星罩組合體垂直轉場對接。預計在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、組成復雜的塔架，可減少建設成本。

為什么要向太陽同步軌道發(fā)射衛(wèi)星?

對傳統(tǒng)戰(zhàn)略型任務來說，長期穩(wěn)定性和全球覆蓋能力是衛(wèi)星軌道應該具備的重要特性，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。

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)星對地面進行長期觀測。太陽同步軌道可以為一些觀測型任務提供較穩(wěn)定的太陽入射條件，在太陽同步軌道上運行的衛(wèi)星，可在相同的時間和光照條件下觀察云層和地面目標。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天可在相同時間、相同光照條件下觀察云層和地面目標，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，因此太陽、地球連線也一直在轉動，相應衛(wèi)星軌道平面也要隨之轉動。地球圍繞太陽公轉1年，為使軌道平面保持固定的角度，衛(wèi)星必須旋轉或進動360度，即軌道平面每天旋轉0.9856度(360度÷365.25天)，且軌道面向東方向轉動。

未來5年至10年，太陽同步軌道的較大噸位航天發(fā)射任務需求旺盛。

關鍵詞： 長征八號 新技術