長徵系列運載火箭不久前以「一箭雙星」進行了第355次飛行,執行這次任務的是長徵十一號固體運載火箭,其靈活、便捷、低成本發射等特點,讓熱愛星辰大海的我們眼前一亮。恰逢嫦娥5號返回艙剛剛落地,海南文昌發射場又迎來了新的乘客——長徵八號火箭即將首飛,它的首飛具有特殊的裡程碑的意義。
這是被認為最有可能實現可回收火箭的前期機型,到底有什麼神奇呢?我們的可回收火箭進程如何?
商業航天發展比拼的是成本,低成本高效率才有競爭力
隨著科技的發展,發射火箭的數量也就越來越多,但是選擇適合的火箭來滿足不同的運載能力到達不同軌道,這是航空發展的必然。縱觀我國穩定性著稱的長徵系列火箭,戰功赫赫。
但是面對低成本、高穩定發射火箭,我們還在探索當中。如果說一般火箭是邊走邊扔的話,回收火箭是將乘客送上一段路程自己再返回,形成一場空中接力賽。
2018年曾任長徵二號F運載火箭副總設計師宋徵宇在《重器匠心》中表示:
「作為長徵八號運載火箭的總設計師,打造一款既安全可靠、又經濟實用的火箭成為他的目標。在研的長徵八號運載火箭是我國唯一具有不同配置、應對不同用戶需求的火箭,預計2020年初實施首飛,未來將在商業發射、太空網際網路、衛星組網發射方面發揮重要作用。」
這段話就解釋了為什麼我們在有這多火箭的情況下又推出長徵八號,它主要面對的是極地軌道5噸運載的尷尬局面,因為面對這樣的情況使用長徵5、7號運載火箭有點「殺雞用牛刀」的感覺,浪費性能不說,還太費錢;而長徵2、4、6、11又夠不著。國際上牛氣沖天的馬斯克獵鷹系列火箭進行的如火如荼,一旦試驗成功規模化、可復用、成本極其低廉的優勢將給整個航天市場帶來寡頭把持的形式。
在這樣的背景下,長徵八號橫空出世,採用模塊化的設計理念,使用先進燃料,核心解決低軌道8噸,5噸以內的極地軌道任務。
長徵八號運載火箭是新一代中型兩級液體捆綁式運載火箭。一子級以液氧/煤油作為推進劑,採用兩臺8噸級推力的YF-100發動機;二子級以液氫/液氧為推進劑,採用兩臺8噸級推力的YF-75發動機,具備二次啟動能力;捆綁2個2.25米直徑液體助推器,以液氧/煤油作為推進劑,各採用一臺120噸級推力的YF-100發動機。火箭可從文昌航天發射中心和酒泉衛星發射中心發射。全箭總長50.3米,芯一級直徑3.35米,二級直徑3米,單個助推器直徑2.25米,火箭起飛質量約356噸,主要用於發射近地軌道或太陽同步軌道有效載荷,可以將5噸的有效載荷送入700公裡太陽同步軌道。
它也就可能成為長徵系列火箭首個實現回收技術的火箭,並且據相關介紹,它會將助推器也帶回來。前段時間,航天科技集團一院第一次公開了長徵8R垂直起降復用火箭宣傳資料,該型火箭從點火升空到垂直降落的全過程震撼的展現在了我們面前,下面是動態圖片:
因為採用了獨具創新特色的集束式助推器——芯一級整體回收方案,所以不像一般的火箭完成起飛後助推分離,它採用的方式不同,帶芯一級和芯二級分離,芯一級開始重新點火併且調整角度,四片格柵舵打開,從而進入回收段的下降過程。
這時候變推力發動機開始點火發推降速,最終實現軟著落。按照規劃長徵八號會在海南文昌首飛,預計以後的回收平臺也會在海南附近海域建成。當然類似於發射長徵11號那樣海上移動平臺上回收也是可以的。
想一想,一個重量至少一百多噸的龐然大物以9馬赫(11016公裡/小時)速度降落的場景將是多麼燃情!那畫面可能是沁人心脾、振奮整個航空界的。
我國可回收火箭發展迅速,百花齊放,馬斯克也將遇到高手對決
2020年12月16日,長徵八號就位201工位,蓄勢待發,擇機發射。這一次雖然不會驗證芯一級和固體助推器的回收技術。但是如果首飛成功,以後可以實現芯一級和芯二級,更甚至可以使用十幾次,會計算的成本的想想比獵鷹要便宜多少?
按照航天全媒體「我們的太空」舉例:
「以之前馬斯克的獵鷹 9 號新火箭為例,全新獵鷹成本約 5000 萬美元(含整流罩600萬美元),而火箭燃料的成本為 20 萬美元。如果火箭可重複發射(假設只芯一級回收),那麼就和固定資產的投資一樣,只需要支付維護成本,補充燃料就可以繼續執行任務。即如果一次使用,則直接成本6020萬美元,如果重複使用十次,按每次發射用於火箭芯一級的成本是70%,那麼火箭第一段的成本就是3000萬美元的十分之一:300萬美元+整流罩600萬美元+第二級芯的成本約1000萬美元,合計2000多萬美元,是單次不回收使用的30%。這些費用都包含了火箭第二段以及火箭的回收、維護和檢查費用喲!
是的,不單成本比馬斯克的火箭更低,部署時間上也更快,從籤署合同到火箭出廠,履約周期約12個月,發射周期約為10天。不僅如此,我們正處於長徵九號火箭的研製過程中,如果實現了可回收的驗證,那麼長徵九號不單運載能力可以讓我們載人登月快馬加鞭,也會讓這個深空探索變得更加省錢。
不僅如此,我國的民營企業也在緊鑼密鼓的研製可回收火箭技術,其關鍵部件正在緊張的研製和驗證過程中,就在11月,我國某航天公司的火箭二級發動機聯合試車圓滿成功,80噸和10噸級的液氧甲烷發動機組合熱試車,成功驗證了主從機的協調性,也未可回收運載火箭順利發射提供動力保障。
這只是一個縮影,更多的民企航天公司也在緊張的開展商業運載火箭的研製,可回收技術作為顯著降低成本的方式,也會讓它們下定決心攻克難關。
而最令人興奮的是隨著「嫦娥五號「順利著落在四子王旗,我們探月工程的」繞、落、回「已經順利完成,接下來將為建立月球科研基地而奮鬥。根據此前在福州召開的《2020年中國航天大會》上的信息,我國江月2035年初步建成航班化航天運輸系統,到2045年達到千次級別。
就像我國的高鐵一樣,從無到有,從有到優,從優到首。正是這種求真務實的科研風格,也得益於「大膽創新、小心驗證「的航天實踐,未來太空中我們會看看一縷縷紅色飄動。」2045年,實現航班化航天運輸1小時全球抵達「就不會是夢。