長徵八號火箭。國家航天局供圖
12月22日12時37分,長徵八號運載火箭在文昌成功發射,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星等5顆衛星送入預定軌道。這是我國新一代中型運載火箭長徵八號的首次飛行任務。
長徵八號由航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院(簡稱火箭院)抓總研製。中低軌衛星發射需求如今越來越旺盛,而我國新一代運載火箭的運載能力尚存在空白,不能滿足3噸至4.5噸太陽同步軌道發射需求。長徵家族迫切需要引入一位「新成員」扛起重任。
長徵八號火箭。國家航天局供圖
太陽同步軌道運載能力提升50%,先期驗證重複使用技術
長徵八號運載火箭應運而生,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。
火箭院長徵八號總指揮肖耘說,長徵八號運載火箭的首飛成功,將推動我國中型運載火箭的更新換代,帶動和牽引中低軌衛星的發展,滿足中低軌高密度發射任務需求。
長徵八號採用芯級捆綁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公裡太陽同步軌道運載能力不小於4.5噸。
長徵八號提升了長徵系列火箭的運載能力,對衛星等有效載荷來說,也將是一個平臺的升級換代。
「在太陽同步軌道上,具備5噸級運載能力的長徵八號,將和長徵五號、長徵六號、長徵七號、長徵十一號等新一代運載火箭形成更加優化、合理的能力布局,這將大力提升中國航天進出空間的能力,對推進中低軌道衛星組網建設具有重大意義。」肖耘說。
長徵八號還為我國重複使用運載火箭研製打下了基礎。實現重複使用,火箭發動機推力調節是重要的技術。本次發射中,長徵八號應用了發動機推力調節技術,這在我國火箭中是首次工程應用,為後續重複使用技術提前進行了先期技術驗證。
長徵八號=長徵七號+長三甲
火箭院長徵八號總設計師宋徵宇介紹,長徵八號是我國新一代中型火箭的代表,按照新一代運載火箭的型譜規劃,在長徵七號基礎上,與長徵三號甲系列火箭三子級組合形成了這款新構型火箭。
我國自80年代開始,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。
以液氧煤油和液氫液氧發動機為基礎,通過二十多年的預研和工程研製,新一代運載火箭陸續誕生,形成了2.25米、3.35米和5米直徑的通用模塊,為我國新一代運載火箭 「模塊化、系列化、組合化」發展奠定基礎。
長徵八號研製團隊進一步挖潛火箭能力,以構建完善的運載火箭型譜為目標。他們從我國現有的火箭模塊中,對比幾百種的搭配,最終提出了現在的構型。
長徵八號2018年4月轉入工程研製階段工作,2020年10月完成出廠評審。「從型號開始論證到首飛火箭具備出廠條件,僅用時2年多,這在新一代運載火箭研製的歷史上是不多見的。 」宋徵宇介紹。
長八研製中遵循「模塊化、系列化、組合化」的發展思路,繼承在役型號的產品和技術,借鑑已有的試驗驗證成果,實現型號快速集成研製,以較小成本、最快時間完成了集成研製。
長八火箭是我國首個研製中未開展全箭模態試驗的中大型火箭,採用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。長徵八號的研製探索,為後續其他大型、重型火箭的模態綜合技術奠定基礎,大幅縮短研製周期、降低研製費用。
宋徵宇說,後續在長八火箭的基礎上,還將研製融合型火箭,實現電氣一體化、兩平一垂快速發射、提升經濟性的火箭。
火箭大廠也要做好「乙方」
據火箭院長徵八號副總指揮段保成介紹,長徵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,考慮到能力指標、經濟可靠性等綜合因素。
長徵八號自設計之初,就考慮到技術與經濟的一體化,通過項目制、高繼承性等嘗試,降低生產成本和配套成本,實現火箭成本有效控制。
在此次發射任務中,火箭研製人員以市場需求為導向,一直與衛星用戶溝通星箭接口等問題,為用戶服務。後續,隨著批量化生產的能力提升,客戶從籤署發射服務合同到實施發射將縮短至一年,組網建設周期將進一步縮短。
「長八火箭本身運載能力達到5噸級,而起飛規模為356噸,運載效率在國內火箭中是名列前茅的。運載能力的提升、成本的下降,會帶來很高的性價比。」段保成說。
盤點:新一代運載火箭全亮相
為保持航天運輸系統先進水平,我國規劃了新一代長徵系列運載火箭型譜。「十三五」期間,新一代運載火箭集體亮相,逐漸在密集、複雜的航天任務中擔當重任。
新一代運載火箭採用了無毒、無汙染推進劑,攻克了數十項關鍵技術難關。中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。
2015年至2016年,長徵五號、長徵六號、長徵七號、長徵十一號先後4型新一代長徵系列運載火箭圓滿完成首飛任務。
2015年9月20日,長徵六號在太原衛星發射中心「一箭20星」首飛成功,創造了中國航天一箭多星發射的新紀錄。長徵六號有700km高度太陽同步軌道500千克的運載能力,主要是滿足小衛星的發射需求。
2015年9月25日,第一型固體(使用固體燃料)長徵運載火箭——長徵十一號運載火箭首飛。該型火箭具備全天候數小時內完成發射的能力,可實現衛星快速組網和補網,滿足應急發射需求。
2016年6月25日,長徵七號火箭從文昌航天發射中心首次成功發射。長徵七號是中國載人航天工程為發射貨運飛船而全新研製的中型運載火箭,採用「二級半」構型,近地軌道運載能力13.5噸,地球同步轉移軌道運載能力5.5噸,達到國內外同類火箭先進水平。
2016年11月3日,新一代大型運載火箭長徵五號首飛成功。長五以通用化、系列化、組合化為重點,採用「一級半」或「二級半」構型,芯級直徑達到5米,捆綁四枚3.35米直徑的液氧煤油助推器,近地軌道運載能力25噸,地球同步轉移軌道運載能力14噸,與國際上主流運載火箭的運載能力相當。它的推出標誌著我國追趕上運載火箭的國際先進水平。
2020年5月5日,長徵五號B運載火箭首飛成功,標誌著空間站階段飛行任務首戰告捷。長徵五號B是我國首個採用一級半構型的新一代大型液體運載火箭,近地軌道(LEO)運載能力不小於22噸,是專門為載人航天工程空間站建設而研製的一型新型運載火箭。
2020年12月20日,長徵八號在海南文昌衛星發射中心成功首飛,將我國太陽同步轉移軌道運載能力從3噸提升至4.5噸。
新一代運載火箭的推出是一次巨大的技術跨越,不僅採用無毒、無汙染推進劑,而且運載能力成倍增長,令我國進入空間能力大幅提高。隨著新一代長徵系列運載火箭的發展和完善,現役的上一代運載火箭將逐步退出歷史舞臺,實現新老火箭全面交替。