長徵八號首飛成功,中美太空角力,「國產獵鷹」什麼時候追上馬斯克?

2021-01-21 軍工黑科技
2015年12月,美國私營航天公司SpaceX成功回收了名為獵鷹9號(Falcon 9)的火箭,實現了人類歷史上第一次一級火箭可垂直回收,使人們對於遨遊和移民太空的可能增加了更多的想像。繼獵鷹9號之後,在2020年12月22日,我國長徵八號運載火箭作為我國「火箭家族」中首個開啟可回收、可復用式的火箭「新丁」,在海南文昌成功發射。

新華社海南文昌電 12月22日12時37分,我國自主研製的新型中型運載火箭長徵八號首次飛行試驗,在中國文昌航天發射場順利實施,火箭飛行正常,試驗取得圓滿成功。

長徵八號運載火箭充分繼承長徵五號、長徵七號運載火箭技術成果,採用無毒無汙染推進劑,芯一級直徑3.35米,芯二級直徑3米,整流罩直徑4.2米,捆綁2枚直徑2.25米助推器,全長約50.3米,起飛質量約356噸,700公裡太陽同步軌道運載能力不小於4.5噸,填補了我國太陽同步軌道3噸至4.5噸運載能力空白,對加速推進運載火箭升級換代具有重要意義,將與長徵五號、長徵六號、長徵七號等無毒無汙染運載火箭,構成運載能力大、中、小布局合理的新一代運載火箭型譜。

長徵八號在填補空白的同時還有能力執行2-3噸高軌任務,既彌補了長徵二號/四號/六號/十一號和長徵五號/七號之間的空白,又可給長徵三號系列做補充,適應性強,靈活性好,可謂超級萬金油。

長徵八號運載火箭首飛搭載的5顆試驗性衛星準確進入預定軌道,相關衛星載荷將對微波成像等技術進行在軌驗證,開展空間科學以及遙感、通信技術試驗與應用。

長徵八號運載火箭工程於2017年由國家航天局批覆研製立項並組織實施,中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研製運載火箭系統,中國衛星發射測控系統部負責飛行試驗組織實施。此次任務是長徵系列運載火箭第356次發射。

另據央視網報導,我國研製新型中型運載火箭長徵八號是為滿足商業航天發展需要,面向的是極具國際競爭力的商業衛星發射任務,也就是說,美國馬斯克的Space X太空探索技術公司將是一個重要的競爭對手。

長徵八號可回收功能一直是關注的焦點,能否和獵鷹九一較高下呢?

今年,美國一共有42次航天發射,Space X公司就佔了25次,發射數量也超過了我國之外的其他所有國家,俄羅斯今年不過14次。

Space X發射次數極多的原因無非是因為獵鷹火箭極為低廉的發射價格,獵鷹火箭是目前世界上唯一一款可重複使用的運載火箭,目前有一發火箭的一級發射平臺已經連續使用了8次,就是說這款火箭已經連續發射了8次,其發射任務大多是承擔星鏈衛星的發射,一次發射60顆,目前這臺發火箭已經將數百顆衛星送入了太空軌道上。

除了獵鷹火箭之外,其他火箭的發射都是一次性的,無論火箭的造價多高,都只能使用一次。

如果火箭能夠重複使用,也就不用再組裝火箭和使用新的發動機、燃料儲罐等等,甚至連火箭上部的整流罩都能回收重複使用,其發射價格當然也就會下降了。

比如已經使用了8次的那發獵鷹火箭,假如它的造價是1億美元,而裡面的燃料只需要1,000萬美元,那麼它的一次發射費用就是1.1億美元,如果只使用一次,那麼發射費用就是1.1億美元,而若能重複使用,那麼第2次使用就是1,000萬美元的燃料價格加上一些回收、維護和安裝費用就行了,總費用就不會超過2,000萬美元,比只使用一次的發射價格就低多了。

因此自從馬斯克的可重複使用的獵鷹火箭問世之後,世界上的主要航天大國和機構也開始在這方面發力,試製類似獵鷹火箭的航天發射器,我國的長徵八號火箭就是這種理念的產物。

不過,由於本次長徵八號運載火箭是首飛,主要用於驗證設計與製造的可靠性,因此並不是可回收形態。

見證長徵八號可回收技術要等到其改進型CZ-8R了,擬採用可回收技術,實現芯一級與助推器的整體垂直回收與重複使用,這將會是中國首個有望實現火箭一級回收技術的火箭。

火箭回收是一項複雜的技術,它相當於把一隻2B鉛筆向上拋出,在飛過528米的高度之後,準確的而且是筆尖衝上的落回筆袋裡。對於一枚飛行到數百千米高度的數百噸火箭而言,還需要解決飛得穩、控得精、落得準、站得住等問題,才能談成功的回收。

中國科學院空天飛行科技中心信息電子技術部主任,高級工程師朱永泉認為,長八採用集束回收的方式難度較大,和Space X的獵鷹9號火箭相比是完全不一樣的回收方式。「長徵八號是集束回收,芯一級帶著兩個助推一起返回地面,本身自重很重,要把芯一級和兩個助推器整體返回地面並且實現軟著陸,最後的目標點是10米見方的範圍。整個過程包括從彈道規劃、中間過程調姿,還有發動機的利用、多次啟動、最後階段燃料燃燒節流等方面,整個技術都是難度非常高的。」

中國工程院院士、中國航天科技集團有限公司一院系列型號總師龍樂豪表示,長徵八號火箭採用回收技術之後,其發射報價將進一步降低,有利於爭奪國際商業衛星發射市場份額。「在其服役後,可回收火箭技術將不再被美國一家壟斷。」

長徵八號還承擔著另一個重要任務:中國造1小時全球航班。這個概念是在今年9月的2020年中國航天大會上,由中國科學院院士、航天科技集團科技委主任包為民提出來的。

他透露該計劃分為三步走:2025年起步建設,解決一些基礎問題,到2035年初步建成,到2045年達到總目標。建成後,「能夠按需發射,我們每年發射的次數,從現在的幾十次,達到成百上千次,運貨總的能力可以達到萬噸級,運客的可以達到萬人次。」

實際上,「1小時全球航班」的設想,最早也是由太空探索公司SpaceX創始人馬斯克提出的,他在2017年10月用一段視頻揭開了這一概念,並將這個想法稱為「地球對地球」。

包為民院士也稱「中國造1小時全球航班」計劃很美好,但技術難度很高,主要實現途徑,是重複的運載火箭加高超聲速的技術。

1小時全球航班只是長徵八號的一個應用方向,長徵八號的重大意義遠不止於此。

航天科技集團一院副院長唐一華早前指出,長徵八號一開始便以商業化低成本、方便快捷好使用為目標而設計,所以它在成本和性能之間做了一個很好的權衡,既能保證一定的性能和可靠性,又能滿足商業用戶低成本的需求,投入市場以後,初期年發射量就可以到10發以上,後期我們可以年產到20發以上。因而說長徵八號對加速推進運載火箭升級換代具有重要意義,未來長徵八號還將和馬斯克Space X公司獵鷹9號角力商業衛星市場。

長徵八號火箭不僅能夠幫助我們在商業航天發射市場佔據一塊重要的陣地,其技術探索更有助於新型火箭的革新。當然,長徵八號只是我國新一代火箭中的一份子,它可以跟其他兄弟「火箭」共同發力,託舉我國的航天奔向更深更遠的星辰大海!

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