原标题:中国新一代运载火箭长征八号“一箭五星”首飞成功
12月22日,我国新一代运载火箭长征八号“一箭五星”首飞成功!
12时37分许,我国长征系列运载火箭的新成员长征八号遥一运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空。
澎湃新闻记者获悉,长征八号后续也将具备海上垂直回收的能力。目前,硅谷钢铁侠马斯克的SpaceX旗下猎鹰9号火箭具备海上垂直回收的能力。
12月22日12时37分许,我国长征系列运载火箭的新成员长征八号遥一运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空图:赵昱桦
长征八号运载火箭为两级半构型,火箭捆绑2个助推器。长征八号按照模块化、系列化、组合化的思路开展研制,充分吸收了在役和新一代运载火箭研制成果,具有良好的继承性、经济性、先进性和适应性,可以进一步完善新一代运载火箭型谱,满足未来中低轨高密度发射任务需求。
长征八号运载火箭充分继承长征五号、长征七号运载火箭技术成果,采用无毒无污染推进剂,芯一级直径3.35米,芯二级直径3米,整流罩直径4.2米,捆绑2枚直径2.25米助推器,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,填补了我国太阳同步轨道3吨至4.5吨运载能力空白,对加速推进运载火箭升级换代具有重要意义,将与长征五号、长征六号、长征七号等无毒无污染运载火箭,构成运载能力大、中、小布局合理的新一代运载火箭型谱。
与以往研制的“长征系列”火箭相比,长征八号运载火箭以液氢、液氧为推进剂,燃烧后生成的是水,真正实现了无毒无污染零排放。作为一支环保“绿箭”,以液氧煤油模块和液氢液氧模块的组合,替代了常规的有毒推进剂,燃料燃烧产生的推力十分巨大,切实保证了发射过程的环保、高效。
长征八号运载火箭是首款国家立项的面向商业市场的运载火箭,其本身具有低成本的特点,在电气、结构等方面利用开展低成本设计的同时,通过开展垂直起降研究,实现了可重复使用,更是实现低成本的重要途径,帮助我们在商业航天发射市场占据了一块重要的阵地。
长征八号运载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为例,可以极大地减少火箭发射的成本,同时还大大缩短了发射周期。
此次长征八号运载火箭首飞搭载的5颗试验性卫星准确进入预定轨道,相关卫星载荷将对微波成像等技术进行在轨验证,开展空间科学以及遥感、通信技术试验与应用。
相关新闻: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。”