圖為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。 新華社記者 周佳誼 攝
當人們還沉浸在嫦娥五號帶回月球「土特產」的興奮中時，中國航天再踏徵程。
12月22日12時37分，長徵八號運載火箭在海南文昌點火升空，將1顆新技術試驗衛星和4顆實驗小衛星送入預定軌道，首飛圓滿成功。
長徵八號由中國航天科技（000901）集團中國運載火箭技術研究院抓總研製。作為我國一款新型中型運載火箭，它是怎樣誕生的？與其他現役型號相比有哪些特別之處？記者在文昌航天發射場，近距離了解了這位長徵家族的新成員。
和「胖五」相比，長徵八號有自己的看家本領
從天津港（600717）出發，長徵八號走海路抵達海南文昌清瀾港，隨後「住」進臨時的家――垂直總裝測試廠房。記者到廠房時，長徵八號首飛任務試驗隊正在進行一場發射前的合練，相當於提前演練一遍火箭發射全流程，為正式發射做準備。
長徵八號長啥樣？從視覺上看，箭體白色，標註有「中國航天」和「CZ-8」字樣，整流罩上還印有一面鮮豔的五星紅旗。站在廠房一層抬頭望，火箭高入雲霄。從數據上看：它由兩個芯級和兩個助推器構成，助推器算半級，所以屬兩級半構型火箭；身長約50.3米，芯一級直徑3.35米，芯二級直徑3米，同時捆綁2個2.25米直徑的助推器，起飛質量約356噸，起飛推力約480噸。
和「胖五」（長徵五號）相比，長徵八號雖不能憑個頭取勝，但有自己的看家本領。「我國現役常規運載火箭中，主打太陽同步軌道的火箭運載能力為1噸到3噸級，而3噸級到5噸級還缺少一型合適的火箭。」長徵八號火箭總體副主任設計師陳曉飛告訴記者，長徵八號可以通過調整助推器數量，形成不同的能力。它的700公裡太陽同步軌道運載能力是5噸級，去掉兩個助推器後，能力達3噸級。
主要發射3噸到5噸級太陽同步軌道衛星，兼顧近地軌道和地球同步轉移軌道發射，填補我國在太陽同步軌道的運載能力空白，正是長徵八號的使命。
填補太陽同步軌道衛星發射能力空白，滿足中低軌高密度發射需求
太陽同步軌道，又稱近極地太陽同步衛星軌道，其軌道平面可繞地軸旋轉，旋轉周期與地球公轉周期一致。因此，每當衛星經過同一地點上空時，總能保持相同的日照條件，極適合氣象、對地觀測。我們熟悉的風雲氣象衛星和海洋衛星等遙感衛星一般都採用這個軌道。
在科研方面，太陽同步軌道也大有作為。12月10日，長徵十一號運載火箭以「一箭雙星」的方式搭載「引力波暴高能電磁對應體全天監測器」（GECAM）衛星，將其送入預定軌道。GECAM衛星就在太陽同步軌道，是中科院抓總研製的科技先導衛星，用於觀測太陽風暴、太陽黑子等。
此前，長徵二號丙、長徵二號丁、長徵四號和長徵六號火箭也可以發射太陽同步軌道衛星，但能力有限。比如，長徵四號的太陽同步軌道能力為3噸級，長徵六號為1噸級，太重的衛星推不上去。
新一代大型運載火箭長徵七號力氣大，近地軌道運載能力13.5噸，而長徵五號B運載火箭達25噸，不可以用它們來發射太陽同步軌道衛星嗎？
「能力上可行，但是好比『大馬拉小車』，性價比低。」長徵八號火箭總指揮肖耘解釋道。目前對網際網路衛星，低軌移動、太陽同步軌道較大噸位發射需求非常旺盛，「預計在『十四五』期間，太陽同步軌道衛星將佔到我們國家未來發射衛星的50%到60%，所以急需量身定製長徵八號這型火箭。」
整流罩位於火箭頂部，是保護衛星、飛船等有效載荷順利進入太空的「金鐘罩」。長徵八號採用4.2米直徑的整體吊整流罩，「由於它的大整流罩優勢，可以實現多星發射，比方說幾百公斤的衛星，長徵八號可以一次搭載多個，便於多星組網。」肖耘說。
此次長徵八號首飛執行一箭五星的發射任務，將衛星送入軌道高度512公裡的太陽同步軌道。
由於本次發射情況特殊，高空風速過大，最終選擇調整發射時間
「我們一開始瞄準的發射時間比實際發射時間早。」長徵八號火箭副總設計師吳義田說，在預計發射前一天，發射場上空監測到高空風異常，根據氣象商會結果，決定將發射時間推遲到12月22日。
火箭發射是一項高風險的複雜系統工程，極易受雷電、溫度、風力等環境因素影響；諸多因素中，又屬高空風影響最為突出。
高空風一般在距地面4公裡到20公裡處。據長徵八號火箭控制系統主任設計師潘豪介紹，火箭穿越大風區時會遭受強烈的氣流衝擊。「人在騎自行車時，如果側面突然吹來一陣大風，會被吹偏。在高空，這種橫向側風比我們在陸地上感知的風強得多，會影響火箭的飛行姿態。如果風速過大，還可能導致箭體彎曲變形，火箭結構損壞甚至解體。」
為了順利闖過高空風這道空中「關卡」，觀測、預報高空風，必要時調整發射時間以避開惡劣風況，是火箭發射前的必要環節。此外，火箭研製者也開展相關研究，採取措施降低高空風對火箭發射的影響，包括統計近10年發射場上空的風速、風向等情況，在火箭設計階段就根據最大概率會出現的風向和風速開展針對性設計等。
每次發射前，技術人員都會對發射日高空風進行測量和預報，通過設計火箭飛行程序角進行高空風補償。「人在風中打傘，為了拿穩傘，習慣將傘的方向對準風的來向，以消除橫向載荷。高空風補償的方法和打傘的原理差不多。」吳義田說。
長徵八號還採用了自主抗幹擾控制等應對高空風的新方法。「火箭在飛行過程中能夠一邊辨識一邊補償幹擾，相當於火箭感受到風吹過來後，可以做相應的動作來減弱風的幹擾。」潘豪介紹稱，由於本次發射情況特殊，高空風速過大，穩妥起見，最終選擇調整發射時間。
為火箭重複使用探路，發動機推力調節技術首次工程應用
火箭回收，通常指火箭發射後可以二次啟動發動機並返回指定回收地點，能大幅降低空間運輸費用，是運載火箭的發展趨勢之一，多國都對此展開探索。2015年，美國太空探索技術公司（SpaceX）發射的「獵鷹9」火箭成功著陸回收，開啟了火箭垂直回收時代。
長徵八號，正是長徵家族探索火箭重複使用技術的「先行軍」。「有這麼幾項技術是必須攻克的，包括發動機推力調節技術、著陸緩衝技術、控制（著陸速度）的技術等。」肖耘說。
發動機推力調節，相當於讓火箭返回時「收油門」。長徵八號在飛行中對液體火箭發動機進行節流控制，這在我國運載火箭中是首次工程應用。
發動機推力降低，火箭才可控、好控、能回。「打個比方，我們現在火箭回收時的重量只有40噸，但是火箭有4臺發動機，每臺發動機推力120噸，即使關掉3臺，1臺還有120噸的推力；40噸的質量，120噸的推力，推力大於質量，火箭就被推著往上走，難以實現落地回收。」肖耘告訴記者，此次長徵八號對發動機「收油門」的技術進行了驗證，即通過推力調節技術減小發動機推力，提升火箭任務適應性，也為我國重複使用運載火箭研製打下基礎。
據了解，此次首飛的長徵八號運載火箭為「一次性」，僅進行可重複和智慧火箭相關技術的部分驗證，除發動機推力調節技術外，還包括在線辨識二級滑行段飛行故障，驗證特定故障工況下自主進行姿態控制重構的能力，提高運載火箭的智慧化水平。
後續，技術驗證成熟後，長徵八號運載火箭改進型計劃實現芯一級與助推器整體垂直回收與重複使用。
長徵八號實現型號快速集成研製，降低發射成本
12月16日上午8時20分，蒙蒙雨霧中，載著長徵八號運載火箭的活動發射平臺緩緩駛出垂直總裝測試廠房，在參試人員的護送陪伴下，轉運至發射區。
在文昌航天發射場，長徵五號運載火箭的發射塔架距離海邊僅850米。11月24日，長徵五號遙五火箭正是從這裡點火升空，送嫦娥五號探測器踏上地月之旅。與長徵五號發射塔架相隔600多米，就是長徵七號運載火箭的發射塔架，高度85.8米，相當於30層樓那麼高。
其他型號的火箭研製通常配套專屬的發射工位和相關設備，但長徵八號有些例外，立項之初就沒有自己的發射工位，首飛「借用」了長徵七號的塔架。
長徵八號是「吃百家飯」長大的，它的芯一級和助推器與長徵七號是「同款」，芯二級實際上是長徵三號甲系列火箭的三子級；儘管長徵八號的氫氧發動機模塊與長徵五號的不完全相同，但經過長徵五號今年3次飛行驗證後，證明相關技術具有可靠性。
「長徵八號研製遵循的是『模塊化、系列化、組合化』的思路，繼承在役型號的產品和技術，借鑑已有的試驗驗證結果，實現型號快速集成研製。」長徵八號火箭副總指揮段保成說。
「航天發射的成敗永遠是第一位的，可靠性永遠是第一位的，由於應用了成熟的模塊，長徵八號這型火箭可靠性較高。但研製火箭不是搭積木，簡單地將成熟技術放在一起並不能造出新火箭。」肖耘告訴記者，長徵八號走的是集成創新的路子，採用多種技術解決了不同模塊不相適應的問題。
長徵八號火箭也是我國首個研製中未開展全箭模態試驗的中大型火箭，採用了虛實結合的模態分析技術，為後續其他大型、重型火箭的模態綜合技術奠定了基礎，大幅縮短研製周期，降低研製費用。
「我們的目標是以後儘可能快速、簡潔地發射火箭，甚至『一鍵發射』。」肖耘說，後續還會研製融合型長徵八號火箭，通過提升工藝方法、一體化設計等降低生產成本和配套成本，提高性價比。
「十三五」新一代運載火箭發射任務圓滿收官，飛天之路走向更深更遠
長徵八號首飛，是2020年中國航天第38次發射，也是中國長徵系列運載火箭第356次發射。至此，中國航天「十三五」期間新一代運載火箭發射任務圓滿收官。
運載能力有多大，航天的舞臺就有多大。火箭是目前人類克服地球引力、進入空間的唯一工具，其運載能力是國家航天實力的直接體現。「長徵八號火箭作為新一代運載火箭一員，完善了火箭型譜。」肖耘說，火箭型譜化發展的優勢是能覆蓋不同任務需求，提升中國航天進出空間的能力。
值得一提的是，作為我國未來中低軌發射的主力火箭，長徵八號是首款國家立項的面向商業市場的運載火箭。「長徵八號既承擔國家建設航天強國任務，也服務於社會市場需求。」肖耘表示，長徵八號更多以市場需求為導向，「考慮到現在國際形勢變化，我們的目標就是要瞄準有國際商業競爭力的一型火箭。」
從無到有，從有到優。前不久，中央經濟工作會議部署明年重點任務，第一條就是「強化國家戰略科技力量」。以航天為代表的重大戰略型科技領域往往面臨投資強度大、投入周期長、技術難度高、學科交叉廣等問題，不能單靠市場機制保障，而要發揮新型舉國體制優勢，努力實現科技自立自強。
「中國航天60多年的成就，就是在自主創新的道路上一步步走過來的，以長徵八號為代表的我國新一代運載火箭研製充分體現了這一點。」長徵八號運載火箭總設計師宋徵宇說。
1970年4月24日，長徵一號火箭首飛成功，發射我國第一顆人造地球衛星「東方紅一號」，實現了從原來研製飛彈武器到開始研製運載火箭的轉變。經過半個世紀的發展，中國長徵系列運載火箭經歷了由常溫推進劑到低溫推進劑、從串聯到並聯、從一箭單星到一箭多星、從載物到載人的技術跨越，基本覆蓋了低、中、高等不同類型軌道，中國進出空間的能力穩步提高。
2020年，我們一路逐夢星辰，嫦娥奔月、北鬥組網、天問探火……以長徵系列運載火箭為代表的大國重器，將託舉中國航天夢走向更遠的太空。
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責任編輯：sqc