2020年12月22日12時37分，我國新一代運載火箭長征八號以“一箭五星”的方式，在中國文昌航天發(fā)射場首飛成功。

此前，長征五號、長征六號、長征七號、長征十一號4型新一代火箭，也已分別完成首飛任務(wù)。如今，隨著長征八號成功首飛，“十三五”期間我國新一代運載火箭悉數(shù)完成亮相。

“短短幾年時間，5型新火箭成功首飛，極大提升了我國進入空間的能力，進一步豐富和完善新一代運載火箭系列型譜基本構(gòu)架。”中國航天科技集團一院院長王小軍告訴記者，“十三五”期間，長征五號、長征七號、長征八號等新一代運載火箭集體亮相、成功首飛，逐漸在密集、復(fù)雜的航天任務(wù)中擔當重任，可以說，我國運載火箭發(fā)展邁入綠色無污染的新階段，運載能力達到世界一流水平。

現(xiàn)役火箭將逐步退出歷史舞臺，未來實現(xiàn)新老全面交替

據(jù)王小軍介紹，新一代運載火箭采用無毒、無污染推進劑，在繼承現(xiàn)役運載火箭技術(shù)基礎(chǔ)上，攻克了120噸液氧/煤油發(fā)動機、50噸氫氧發(fā)動機、5米直徑箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計制造等數(shù)十項關(guān)鍵技術(shù)難關(guān)。

2020年5月5日，為我國載人空間站工程研制的長征五號B運載火箭在文昌首飛成功，正式拉開中國載人航天工程“第三步”任務(wù)的序幕。如今時隔半年多，長征八號成功首飛，又將我國運載火箭太陽同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力從3噸提升至4.5噸。

王小軍告訴記者，與現(xiàn)役運載火箭相比，新一代運載火箭不僅采用無毒、無污染的推進劑，而且運載能力成倍增長，令中國進入空間能力大幅提高。隨著新一代長征系列運載火箭的發(fā)展和完善，目前現(xiàn)役的運載火箭將逐步退出歷史舞臺，實現(xiàn)新老火箭全面交替。

他以剛剛首飛的長征八號為例，這是一型兼顧近地軌道和地球同步轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射能力的新型火箭，有效填補了中國新一代運載火箭的能力空白。

中國航天科技集團一院長征八號運載火箭總指揮肖耘告訴記者，隨著中國航天發(fā)展，中低軌衛(wèi)星發(fā)射需求越來越旺盛，而此前我國新一代火箭的運載能力尚存空白，不能滿足3噸至4.5噸太陽同步軌道發(fā)射需求。長征八號應(yīng)運而生。

肖耘說，長征八號火箭將有力推動我國中型運載火箭的更新?lián)Q代，而且將帶動和牽引我國中低軌衛(wèi)星的發(fā)展，滿足未來中低軌高密度發(fā)射任務(wù)需求。

據(jù)他介紹，自上世紀80年代開始，我國就圍繞新一代運載火箭開展了規(guī)劃，逐步形成了小、中、大新一代運載火箭的型譜發(fā)展規(guī)劃。

經(jīng)過數(shù)十年預(yù)研和工程研制，我國成功研制了長征五號、長征七號等新一代運載火箭，形成了2.25米、3.35米和5米直徑的通用模塊，為后續(xù)新一代運載火箭“模塊化、系列化、組合化”發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

肖耘說，長征八號的研制遵循既定發(fā)展思路，充分繼承在役型號的產(chǎn)品和技術(shù)，借鑒已有的試驗驗證成果，實現(xiàn)型號快速集成研制。

據(jù)中國航天科技集團一院長征八號運載火箭總設(shè)計師宋征宇介紹，長征八號是在長征七號火箭基礎(chǔ)上，與長征三號甲系列火箭三子級組合形成的新構(gòu)型火箭。其采用芯級捆綁2枚助推器構(gòu)型，全長約50.3米，起飛質(zhì)量約356噸，起飛推力約480噸，700公里太陽同步軌道運載能力不小于4.5噸。

宋征宇表示，目前我國具備中低軌道發(fā)射能力的主力運載火箭，只能將3噸有效載荷送到太陽同步軌道，而長征八號將此項能力提升到了4.5噸。這不僅是長征系列火箭運載能力的提升，對衛(wèi)星等有效載荷來說，也是平臺的“升級換代”。

“未來，長征八號將和長征五號、長征六號、長征七號、長征十一號等新一代運載火箭形成更加優(yōu)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(wèi)星組網(wǎng)建設(shè)具有重大意義。”肖耘說。

未來中國火箭可重復(fù)使用、更聰明?

未來中國的火箭將是什么樣的，可重復(fù)使用，還是高度智慧化?

這其中，前者因為美國“鋼鐵俠”埃隆·馬斯克的嘗試，讓人們充滿期待。過去幾年，埃隆·馬斯克麾下的獵鷹火箭先后完成陸地、海上回收，被認為是商業(yè)航天領(lǐng)域典型的成功案例，也再一次點燃了人類移民火星的夢想。

從這個角度來看，長征八號的首飛似乎有著更為重要的意義，用專家的話說，“從它身上能看到未來中國火箭的影子”。在不久的將來，長征八號有望把科研人員構(gòu)想中未來火箭的相關(guān)技術(shù)，一一變?yōu)楝F(xiàn)實。

比如，要想實現(xiàn)火箭的“可重復(fù)使用”，發(fā)動機推力調(diào)節(jié)是重要的技術(shù)手段。此次發(fā)射中，長征八號運載火箭便應(yīng)用了發(fā)動機推力調(diào)節(jié)技術(shù)，這在我國運載火箭中，還是首次工程應(yīng)用。

據(jù)中國航天科技集團一院長征八號運載火箭副總指揮段保成介紹，該技術(shù)能大幅提升火箭的總體設(shè)計優(yōu)化能力和任務(wù)適應(yīng)能力，其首次應(yīng)用也為后續(xù)相關(guān)技術(shù)進行了先期技術(shù)驗證，為我國重復(fù)使用運載火箭研制奠定了基礎(chǔ)。

他告訴記者，長征八號火箭在立項之初就確立了以市場需求為導(dǎo)向進行研制，從能力指標、經(jīng)濟可靠性等綜合考慮，努力實現(xiàn)火箭研制和市場挖潛“雙成功”。

段保成說，長征八號的研制采用了虛實結(jié)合的模態(tài)分析技術(shù)，全箭動特性數(shù)據(jù)在已有模塊試驗數(shù)據(jù)及動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過全箭動力學(xué)模型組裝和數(shù)值仿真計算獲取。長征八號的研制探索，為后續(xù)大型、重型火箭的模態(tài)綜合技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，有助于大幅縮短其研制周期，降低研制費用。

他還專門提到，為了能在商業(yè)市場占據(jù)有利陣地，研制團隊在對長征八號的電氣、結(jié)構(gòu)等方面進行低成本設(shè)計的同時，還開展了“垂直起降”的研究，對該火箭采用了可回收設(shè)計，力求實現(xiàn)可重復(fù)使用。

近年來，我國運載火箭高密度發(fā)射已呈常態(tài)化，但也偶爾發(fā)生飛行故障甚至飛行失利的案例。

有人設(shè)想，如果火箭具備故障診斷和自主飛行能力，在發(fā)生故障時，火箭自主調(diào)整，飛行結(jié)果是否就能大幅改善?

長征八號在解決這一難題上也做了嘗試。

宋征宇告訴記者，科研人員在長征八號身上，通過研究分析各種減載穩(wěn)定控制方法，并采用自抗擾技術(shù)進行實時補償控制，提高主動減載的效果，解決了大整流罩帶來的“靜不穩(wěn)定度”大的難題。

他說，基于控制效果的噴管極性辨識和控制重構(gòu)算法，能讓運載火箭“更聰明”。通過該技術(shù)的應(yīng)用，長征八號具備了滑行段飛行故障在線辨識能力，能夠在特定故障工況下自主進行姿態(tài)控制重構(gòu)，提升了飛行控制適應(yīng)性和智能化水平。

變定制為通用，未來發(fā)射任務(wù)周期更短

來自中國航天科技集團一院的資料顯示：長征八號火箭自2018年4月轉(zhuǎn)入工程研制階段工作，2020年10月完成了出廠評審。

宋征宇說，從型號開始論證到首飛火箭具備出廠條件，僅用時兩年多，這在新一代運載火箭研制的歷史上是不多見的。

他告訴記者，針對當前我國運載火箭測試周期長、在發(fā)射區(qū)占位時間長的問題，科研團隊積極探索火箭快速發(fā)射路徑，為長征八號設(shè)計了“兩平一垂”發(fā)射模式，即水平組裝、水平狀態(tài)整體運輸、星罩組合體垂直轉(zhuǎn)場對接。

據(jù)他透露，預(yù)計在2022年左右，長征八號將實現(xiàn)“兩平一垂”發(fā)射。屆時，發(fā)射區(qū)將不再需要規(guī)模龐大、組成復(fù)雜的塔架，可減少建設(shè)成本。

王小軍告訴記者，“十三五”期間，長征系列運載火箭不斷提升的能力和發(fā)射次數(shù)，讓中國人探索宇宙的腳步邁得更遠。

“十三五”期間，面對高強密度發(fā)射，中國航天科技集團一院提出設(shè)計上變“定制火箭”為“通用火箭”——火箭經(jīng)最小程度適應(yīng)性更改即能應(yīng)用于其他任務(wù)，將一發(fā)火箭任務(wù)調(diào)整周期由原來的18個月減少到4至5個月。

王小軍透露，新一代火箭可實現(xiàn)每年5-8發(fā)的總裝總測和發(fā)射能力，完成組批投產(chǎn)。值得一提的是，常溫液體火箭的發(fā)射場流程，也從原來的35天精簡至15天。

他以長征十一號為例，該火箭更是具備全天候數(shù)小時內(nèi)發(fā)射能力，大幅提升了我國快速進入太空能力。