中國新一代火箭悉數亮相
2020年12月29日06:06

原標題:中國新一代火箭悉數亮相

    長征八號發射現場。 萬珂/攝
長征八號發射現場。 萬珂/攝

長征八號轉場現場。

    長征八號轉場現場。 宿東/攝
長征八號轉場現場。 宿東/攝

長征八號的完美“首秀”,再一次讓中國火箭家族走進公眾視線。

2020年12月22日12時37分,我國新一代運載火箭長征八號以“一箭五星”的方式,在中國文昌航天發射場首飛成功。

此前,長征五號、長征六號、長征七號、長征十一號4型新一代火箭,也已分別完成首飛任務。如今,隨著長征八號成功首飛,“十三五”期間我國新一代運載火箭悉數完成亮相。

“短短幾年時間,5型新火箭成功首飛,極大提升了我國進入空間的能力,進一步豐富和完善新一代運載火箭系列型譜基本構架。”中國航天科技集團一院院長王小軍告訴記者,“十三五”期間,長征五號、長征七號、長征八號等新一代運載火箭集體亮相、成功首飛,逐漸在密集、複雜的航天任務中擔當重任,可以說,我國運載火箭發展邁入綠色無汙染的新階段,運載能力達到世界一流水平。

現役火箭將逐步退出歷史舞台,未來實現新老全面交替

據王小軍介紹,新一代運載火箭採用無毒、無汙染推進劑,在繼承現役運載火箭技術基礎上,攻克了120噸液氧/煤油發動機、50噸氫氧發動機、5米直徑箭體結構設計製造等數十項關鍵技術難關。

2020年5月5日,為我國載人空間站工程研製的長征五號B運載火箭在文昌首飛成功,正式拉開中國載人航天工程“第三步”任務的序幕。如今時隔半年多,長征八號成功首飛,又將我國運載火箭太陽同步轉移軌道運載能力從3噸提升至4.5噸。

王小軍告訴記者,與現役運載火箭相比,新一代運載火箭不僅採用無毒、無汙染的推進劑,而且運載能力成倍增長,令中國進入空間能力大幅提高。隨著新一代長征系列運載火箭的發展和完善,目前現役的運載火箭將逐步退出歷史舞台,實現新老火箭全面交替。

他以剛剛首飛的長征八號為例,這是一型兼顧近地軌道和地球同步轉移軌道發射能力的新型火箭,有效填補了中國新一代運載火箭的能力空白。

中國航天科技集團一院長征八號運載火箭總指揮肖耘告訴記者,隨著中國航天發展,中低軌衛星發射需求越來越旺盛,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噸太陽同步軌道發射需求。長征八號應運而生。

肖耘說,長征八號火箭將有力推動我國中型運載火箭的更新換代,而且將帶動和牽引我國中低軌衛星的發展,滿足未來中低軌高密度發射任務需求。

據他介紹,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劃,逐步形成了小、中、大新一代運載火箭的型譜發展規劃。

經過數十年預研和工程研製,我國成功研製了長征五號、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,為後續新一代運載火箭“模塊化、系列化、組合化”發展奠定了基礎。

肖耘說,長征八號的研製遵循既定發展思路,充分繼承在役型號的產品和技術,借鑒已有的試驗驗證成果,實現型號快速集成研製。

據中國航天科技集團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。其採用芯級捆綁2枚助推器構型,全長約50.3米,起飛質量約356噸,起飛推力約480噸,700公里太陽同步軌道運載能力不小於4.5噸。

宋征宇表示,目前我國具備中低軌道發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,對衛星等有效載荷來說,也是平台的“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化、合理的能力佈局。這將大力提升中國航天進出空間的能力,對推進中低軌道衛星組網建設具有重大意義。”肖耘說。

未來中國火箭可重複使用、更聰明?

未來中國的火箭將是什麼樣的,可重複使用,還是高度智慧化?

這其中,前者因為美國“鐵甲奇俠”埃隆·馬斯克的嚐試,讓人們充滿期待。過去幾年,埃隆·馬斯克麾下的獵鷹火箭先後完成陸地、海上回收,被認為是商業航天領域典型的成功案例,也再一次點燃了人類移民火星的夢想。

從這個角度來看,長征八號的首飛似乎有著更為重要的意義,用專家的話說,“從它身上能看到未來中國火箭的影子”。在不久的將來,長征八號有望把科研人員構想中未來火箭的相關技術,一一變為現實。

比如,要想實現火箭的“可重複使用”,發動機推力調節是重要的技術手段。此次發射中,長征八號運載火箭便應用了發動機推力調節技術,這在我國運載火箭中,還是首次工程應用。

據中國航天科技集團一院長征八號運載火箭副總指揮段保成介紹,該技術能大幅提升火箭的總體設計優化能力和任務適應能力,其首次應用也為後續相關技術進行了先期技術驗證,為我國重複使用運載火箭研製奠定了基礎。

他告訴記者,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製,從能力指標、經濟可靠性等綜合考慮,努力實現火箭研製和市場挖潛“雙成功”。

段保成說,長征八號的研製採用了虛實結合的模態分析技術,全箭動特性數據在已有模塊試驗數據及動力學模型的基礎上,通過全箭動力學模型組裝和數值仿真計算獲取。長征八號的研製探索,為後續大型、重型火箭的模態綜合技術奠定了基礎,有助於大幅縮短其研製週期,降低研製費用。

他還專門提到,為了能在商業市場佔據有利陣地,研製團隊在對長征八號的電氣、結構等方面進行低成本設計的同時,還開展了“垂直起降”的研究,對該火箭採用了可回收設計,力求實現可重複使用。

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

有人設想,如果火箭具備故障診斷和自主飛行能力,在發生故障時,火箭自主調整,飛行結果是否就能大幅改善?

長征八號在解決這一難題上也做了嚐試。

宋征宇告訴記者,科研人員在長征八號身上,通過研究分析各種減載穩定控制方法,並採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“靜不穩定度”大的難題。

他說,基於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控制重構,提升了飛行控制適應性和智能化水平。

變定製為通用,未來發射任務週期更短

來自中國航天科技集團一院的資料顯示:長征八號火箭自2018年4月轉入工程研製階段工作,2020年10月完成了出廠評審。

宋征宇說,從型號開始論證到首飛火箭具備出廠條件,僅用時兩年多,這在新一代運載火箭研製的歷史上是不多見的。

他告訴記者,針對當前我國運載火箭測試週期長、在發射區占位時間長的問題,科研團隊積極探索火箭快速發射路徑,為長征八號設計了“兩平一垂”發射模式,即水平組裝、水平狀態整體運輸、星罩組合體垂直轉場對接。

據他透露,預計在2022年左右,長征八號將實現“兩平一垂”發射。屆時,發射區將不再需要規模龐大、組成複雜的塔架,可減少建設成本。

王小軍告訴記者,“十三五”期間,長征系列運載火箭不斷提升的能力和發射次數,讓中國人探索宇宙的腳步邁得更遠。

“十三五”期間,面對高強密度發射,中國航天科技集團一院提出設計上變“定製火箭”為“通用火箭”——火箭經最小程度適應性更改即能應用於其他任務,將一發火箭任務調整週期由原來的18個月減少到4至5個月。

王小軍透露,新一代火箭可實現每年5-8發的總裝總測和發射能力,完成組批投產。值得一提的是,常溫液體火箭的發射場流程,也從原來的35天精簡至15天。

他以長征十一號為例,該火箭更是具備全天候數小時內發射能力,大幅提升了我國快速進入太空能力。

中青報·中青網記者 邱晨輝 來源:中國青年報

2020年12月29日 12 版

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