就在上個月,長徵八號在咱們文昌航天發射場升空。這是這個長徵八號這型火箭的第一次飛行試驗,五顆試驗衛星順利進入預定軌道,發射取得圓滿成功。怎麼說呢?為什麼我們如此關注中國航天呢?一方面因為航天的影響很深遠,另一方面怎麼說呢,也算是種不服氣吧!你就看SPX馬斯克手下這個公司每一次有點動靜,總是能聽到一些陰陽怪氣的聲音,聽著讓人不爽很不開心。這些聲音不厭其煩的說:你看人家一個民企都能怎麼怎麼的,反而你這麼大一個國家,怎麼還只能這樣這樣這樣?這些人完全不考慮發展的這個階段,咱們東方紅一號衛星上天的時候,人家都已經能載人登月,你說現在差距比當時是大了還是小了?更別提往前數這幾百年的歷史欠帳,那就不多說了。所以我覺得我們有必要關注我們的航天進展,一方面是科技領域的事,另一方面其實也是政治的事。
(1)長徵八號首次發射推遲
今天咱們還是一如既往就技術聊技術吧,這次長徵八號其實發射是推遲兩天,為啥呢?天氣不好,20號的凌晨都準備發射了,發現高空風的這個風速加大了,不能滿足最低發射條件。這其實就是文昌發射場最麻煩的事,作為火箭發射場,文昌它有所謂「三高三強」挑戰,都是天氣原因。那個地方颱風一年多少次?三高:高溫、高溼、高鹽?三強:強颱風、強雷暴、強降水。這對火箭發射都是都是很麻煩的,一旦的這個發射條件不行的話,火箭肯定不能升空,長徵八號這次又是首飛,那肯定相關的工作要做到位。發射之前就進行了相關的探測,想掌握這個適宜的氣象窗口。一定程度上當地這個氣象臺的水平恐怕在全國都是非常領先的。它要對當地的雷電啊、淺層風啊、高空風啊等等,能影響到發射的因素都能夠做到了如指掌,然後能夠預判什麼時候合適,然後還能做到短期預警,就發現了當時風不行,所以推遲。大家要知道讓火箭推遲發射其實很麻煩的,因為要加注各種燃油啊,長徵八號運載火箭就遇到這個事兒,你推遲發射,但是你的煤油已經送進去,煤油進去以後呢它的溫度會變化,導致容積會出現變化,熱脹冷縮。然後你還要進行這個一定的煤油卸回,或者二次加注等等,反正就是很麻煩。推遲兩天才再次啟動發射,從結果來看很圓滿。
(2)長徵八號可以說以後是指望得上了,那麼長徵八號特點是什麼的?
一、它的推重比最大
首先它的推重比非常高,是目前我國所有火箭推重比最高的一款。長徵8號火箭它上面火箭發動機其實挺多,它是一個二級半運載火箭。3.35米直徑一子級配備兩臺YF100液氧煤油發動機。二子級配備了兩臺YF75高空氫氧發動機,然後一子級還綁了兩枚助推器,每個助推器又有一臺YF100發動機。YF100目前額定推力達到了124.7噸,所以整個長徵八號這麼一算,它的這個起飛推力接近500噸左右,推重比達到1.39,這意味什麼呢?就是同樣的起飛重量它的運力更大。這次長徵八號叫基本型,它如果要送到這個太陽同步軌道,運力能達到5噸,近地軌道運力能達到8噸,如果再遠一點,要送到地球同步轉移軌道也能有1.8噸。
當然這些數據大家會說這也不是什麼特別大的火箭啊?但是它就是推重比高啊,它經濟啊!它其實背後也是花了很多功夫的,用了很多這種叫自適應減載技術,包括在飛行過程中,這個火箭它能夠根據實際的飛行環境,進行自主的控制幹預。這樣就把很多能省略的一些結構重量都省了,整個箭體,就是火箭本身就更輕了。你想長徵二號E其實運力跟它有點類似,但是起飛重量達到464噸,而長徵八號才356噸,足足省了100多噸的。
二、火箭實現模塊化應用
而且它可以根據不同的任務需求,它可以調節助推器的數量,它可以做到光杆起飛,啥助推器都不要,或者說針對需要,我再不斷地往上加各種的助推器。大家會說這不是跟搭積木一樣麼?你別說,還真是很像,而且就這種拼搭方法其實也是長徵八號一個非常了不得的意義。
它不是很大,運力也不是很強,比不上長徵五號,也比不上長徵七號。它的外形感覺像是這幾款火箭組合產品的一個混搭,但是這種混搭能力其實就是非常寶貴的能力突破。首先它代表什麼,代表著我們航天技術積累實現了由量到質的一個轉變,首飛成功其實是非常了不起的一件事情,為什麼能夠首飛成功?它的起飛級實際上在長徵七號的項目中就已經經歷了八年的研製過程,它的這個三米直徑高空二子級是在長徵三號甲系列火箭裡經歷了上百次發射。正是經歷了這麼多的積累,正是吸收了很多其他火箭的研製成果,長徵八號才能夠做到完美首飛。
今年整個長徵系列新型火箭,首飛失敗的唯一案例就是長徵七號甲,原因是什麼呢?它要驗證一個人類從來沒試過的一種分離方式,助推器和新一級集束式分離技術。人類從來沒試過,沒辦法,所以我們交了學費。今年上半年我們期待它再次付復飛,其他的咱們今年全部都成功了,天問一號,嫦娥五號,長徵五號B都成功了。能做到這麼多成功,中國航天真的積累了很多很多。
(3)長徵八號它有多麼聰明
再一個長徵八號,它是未來直接面向商業市場的一款大中型火箭,它是國家立項的一個項目。它的優勢是什麼?就是研製周期很短,整個項目其實是2017年才立項,你說到現在才三年。那剛才你不是說了麼,它的很多技術都是現成的麼,我直接拿來一拼不就行了麼?這可不是僅僅拿來現成技術一拼就行的,實際上它還有很多獨屬於它的一個創新,這個長徵八號它擁有特別重要一個性能特點,叫智慧型火箭,這個聽起來可能會覺得有點審美疲勞,現在什麼東西都強調智慧型,反映在火箭上它能做什麼呢?這個說來簡直很逆天,就是如果這個火箭啊!發射上天了,遇到問題了,發動機失去了推力下降了,它能幹嘛?它可以馬上在線自主識別,重新自個兒再找一個軌道,把衛星送入一個接預定軌道的軌道,這個就很邪門兒了。也就是說它具備一定的這個自我診斷能力,火箭那個飛行狀況是多可怕,多麼嚴苛的一個條件,那麼這一次長徵八號根據公開資料就是具備滑行段飛行故障的在線判斷能力,在特定的高危工況下,還能再次進行相應的姿態控制,所以這個容錯能力就是取得很了不起的一個提升。
(4)長徵八號便宜,耐折騰,不嬌氣
此外還有一個就是成本優勢,實際上也是對於技術創新。長徵八號,它運用了一系列很多想像:快捷製造,電器一體化,快速測發等等理念,這都是很省錢的。以前的一些新型火箭研製,往往需要建造大量的實驗箭,去實際的實驗一下。比如現在的馬斯克也是先造個大鐵傢伙,飛起來再砸下來。有時候火箭還要造一個跟它配套的一個大型的振動臺,這些方式不是說不好的,但真的都是很慢的,而且很費錢的。那麼長徵八號的這一次,實際上很多都是基於這種模型,一些虛擬技術,進行這種雲端的測試,那從結果來看長徵八號的這種測試是很好的,那以後其他的火箭也可以把這個技術拿來接著用的。一些其他的火箭它的這個測試,當然實際的測試肯定還要做,你不能把全部的實際測試都給省了,但是能夠儘量節省,那你也能夠節約大量的時間的。
另外還有一點就是長徵八號這回用的三垂測發模式,啥叫三垂,就是垂直總裝,垂直轉運,垂直測試。那未來呢長徵八號要做到三平就是:水平總裝,水平測試,水平轉運,就是這個火箭從豎著狀態,還能躺下來,豎著沒啥說,其實火箭的天生就應該豎著,但是問題在於,那火箭在整個測發期內,它得站著一個發射臺,如果咱們像美國那樣發射臺多的不得了,浪費一個無所謂,但是咱們還是精打細算過日子,那這個時候一定程度上會影響發射效率。那麼如果說未來我們做到三平,這個對於火箭要求就很高,因為著它經得起你這個折騰,偶爾搬動一下,它晃動一下呀都沒事兒,而且未來對於整個高密度發射來說,這優點是很大的,通過公路運輸送到發射臺再起吊,然後這個運輸火箭的平臺馬上可以去運下一枚。
然後整個火箭在相關的比如說:總裝期間,測試期間,它都是水平狀態,不佔用這個發射工位,你說省多少事?可見未來我們是打算要承擔一些高密度的發射任務,這是要出去接活兒的。
(5)長徵八號是要掙外快的
而咱們剛才提到的快捷製造,這也是長徵八號另外一個優勢。它的很多建造工藝也會很省事兒,一年能夠生產30枚,但是這個產能現在可能還沒這麼高啊,但是未來幾年一定會提升到這麼高的。緊接著下一個問題就是。真能接到那麼多活嗎?目前來看長徵八號的這個運力,實際上主要是瞄準太陽同步軌道三噸到五噸,然後近地軌道,地球同步轉移軌道也行,那麼太陽同步軌道在航天領域號稱是一個黃金軌道,因為很多國家都能用得上。包括氣象啊,國防啊,探測啊等等一些任務,實際上都是放在太陽同步軌道上來進行的,因為這樣的話,衛星每次飛越某一個地點的時候,它都是同一時間,太陽在那裡照射角度也從來都不變,衛星就始終會在同樣的光照條件下,經過這個地區它偵查對比起來,那就會方便的多。而過去咱們如果說想把一些衛星發射到這個同步軌道上,我們靠長徵四號或者長徵二號,運力都比較小,不到三噸,稍微大一點就發不出去,或者說這個負荷多一點,我們就送不上去,那這個業務就接不了。那以後長徵八號來幹這個活兒就很方便。
另外這回長徵八號發射用的時候,我們強調了要建衛星網際網路。這個很明顯是對標馬斯克那個所謂的星鏈計劃,天基網際網路星座。當然咱們不一定現在就會去做,但是只要我們需要,現在我們有這樣一個載體,我們有這樣一個投放手段。
(6)長徵八號的回收和重複使用技術
當然了,我們要去這個國際商業航天市場搶活兒,現在還有個技能也是必須要點出來,什麼呢?就是能夠做到整個火箭的回收重複使用,就是我不會一發打出一次性全部報銷了,我還要留一些火箭構件能夠接著再用。長徵八號實際上立項的時候也把這個要求給提進去,那麼在這方面我們也有進展,倒不是說長徵八號馬上就能夠直接做到復用,但是我們攻克了一個技術關卡,就是那個剛才提到的YF100液氧煤油發動機,這次啟動了一個推力調節功能,就是像踩油門一樣我能踩到底,也能只踩一半。它可以在75%到100%的推力間做到無級調速,我需要多大推力我就調多大。
大家會說為啥要有這個本事呢?這個發動機推力可調,還有包括多次點火,這都是在火箭垂直回收復用的時候一定要用的技術。你這個火箭載入的時候,它不能撲通砸地上吧,肯定最後要減速,減速的時候要做什麼?就是發動機能夠收油門,收不住,那就沒辦法軟著陸。長徵八號實際上正在把這個技術就慢慢的在實現。按照目前科技規劃,可能2025年前我們就會完成,整個箭體的這種重複使用和回收的相關的驗證。
(7)長徵八號和獵鷹火箭誰高誰低?
2025年我們就等著看,到時候長徵八號R就能做到起飛級能夠回收重複使用。當然那個時候也只是技術上的一個節點,等突破以後我們到時候就會,逐漸的把它應用到成熟的工程上。四年,很快了,大家千萬不要說人家獵鷹已經幹了好幾年了,獵鷹獵鷹九號,它目前回收利用相對來說比較成熟的一款,那個火箭是2010年就首飛了。但是真正能夠做到這個陸地回收是到2015年才做到的。咱們長徵八號,我們的整個結構實際上比它要複雜的多。我們要做到四年就具備相應的這種能力,這裡面我們的這個技術進步的速度要比獵鷹九號進步的還要快,這個要求其實已經很高。
(8)我們和美國的差距有多大
千萬別忘了咱們中國是在跟美國在這方面在進行比較,還遠遠談不上較量,我們無論是資金投入,人才儲備,還是技術儲備,那都不是一個量級的。但是我們現在能做到在某些領域的成就上不亞於他,這個其實目標是非常高的,那不僅僅是跳一跳,那是要衝刺,拼了命跳一跳,才能夠有望實現這種突破。當然了這些任務也不僅僅只是指望長徵八號,你像YF100液氧煤油發動機,它推力調節能力,好幾年前就已經把他給比較吃透,然後包括這種整流罩精準回收能力,實際上是在當年長徵二號丙火箭測試上實現的。還有很多很多相關的子項目,包括各種控制技術啊,各種軌跡的識別能力啊,控制能力啊,每一個技術說出來都跟天書一樣,但是我們正在一步步把它們全部給拿下。我們會大踏步的走進這個垂直回收的行列之中,而且我們不僅僅只是長徵八號再往這方面努力,長徵六號系列也在往這方面努力。這還只是是國家隊的,民營航天領域,也有不少火箭也在往這方面突破,要不了多久,這種火箭的重複使用,在咱們國家也要面臨白菜化的這樣一個趨勢,而且我國航天目前實際上是立了更大的一個目標標,更大的規劃是非常熟悉的三步走,第一步做的是火箭動力部分重複使用,用火箭裡最要緊的發動機重複使用。再一個要做到整個火箭動力完全重複使用,包括這個運載火箭,兩級入軌重複使用,這個就已經遠遠超過獵鷹九號目前的水平了。此外我們還要做到組合動力重複使用,這裡講的就是類似空天飛機的這種應用了,你可以把它類比為當年美國的太空梭,但是實際上比太空梭更經濟,要更實用。不至於說發個太空梭把航母燒沒了。
結束語:未來好多最高大上的航天任務,從月球取東西再回來,未來怎麼建造空間站,月球基地啊,這些及其尖端的技術,我們正在一點點拿下。那麼像這種火箭重複使用這種精打細算的一些高級技術,未來用來賺錢的,讓整個項目變得更加的民生化,能夠更早地造福各行各業的這些技術,我們也沒有落下。所以接下來幾年仰望星空,我們有很多可以期待的事兒。