長征八號來了！從它身上能看到未來火箭的影子
2020年12月22日12時37分，由中國航天科技集團一院抓總研製的我國新一代中型運載火箭長征八號，從文昌航天發射場點火升空，將新技術驗證七號、海絲一號、元光號、天啓星座零八星、智星一號A星5顆衛星送入預定軌道，圓滿完成首次飛行任務。
隨着中國航天發展，中低軌衛星發射需求越來越旺盛，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噸太陽同步軌道發射需求。
長征八號應運而生。一院長征八號運載火箭總指揮肖耘說，該型火箭將有力推動我國中型運載火箭的更新換代，而且將帶動和牽引我國中低軌衛星的發展，滿足未來中低軌高密度發射任務需求。
除了意義重大，從長征八號身上還能看到未來火箭的影子。或許在不久的將來，它能將我們對未來火箭的許多夢想一一變爲現實。
填補太陽同步軌道運載能力空白
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劃，逐步形成了小、中、大新一代運載火箭的型譜發展規劃。
經過數十年預研和工程研製，我國成功研製了長征五號、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，爲後續新一代運載火箭 “模塊化、系列化、組合化”發展奠定了基礎。
長征八號的研製遵循既定發展思路，充分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。
一院長征八號運載火箭總設計師宋徵宇介紹，長征八號是在長征七號火箭基礎上，與長征三號甲系列火箭三子級組合形成的新構型火箭。其採用芯級捆綁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公里太陽同步軌道運載能力不小於4.5噸。
肖耘表示，目前我國具備中低軌道發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化、合理的能力佈局。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。
發動機推力調節技術爲重複使用奠定基礎
據一院長征八號運載火箭副總指揮段保成介紹，長征八號火箭在立項之初就確立了以市場需求爲導向進行研製，從能力指標、經濟可靠性等綜合考慮，努力實現火箭研製和市場挖潛“雙成功”。
記者從一院瞭解到長征八號的研製採用了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。長征八號的研製探索，爲後續大型、重型火箭的模態綜合技術奠定了基礎，有助於大幅縮短其研製週期，降低研製費用。
爲了能在商業市場佔據有利陣地，研製團隊在對長征八號電氣、結構等方面進行低成本設計的同時，還開展了垂直起降研究，對該火箭採用了可回收設計，力求實現可重複使用。
要向實現火箭的重複使用，發動機推力調節是重要技術之一。本次飛行任務中，長征八號液體發動機實施了節流控制，這是發動機推力調節技術在我國運載火箭首次實現工程應用。該技術不僅能大幅提升火箭的總體設計優化能力和任務適應能力，其首次應用也爲後續相關技術進行了先期技術驗證，爲我國重複使用運載火箭研製奠定了基礎。
多項新技術讓火箭更聰明
近年來，我國運載火箭高密度發射已呈常態化，但也偶爾發生飛行故障甚至飛行失利的案例。如果火箭具備故障診斷和自主飛行能力，在發生故障時，自主調整，飛行結果便能大幅改善。
科研人員在長征八號身上，通過研究分析各種減載穩定控制方法，並採用自抗擾技術進行實時補償控制，提高主動減載的效果，解決了大整流罩帶來的靜不穩定度大的難題。
同時，基於控制效果的噴管極性辨識和控制重構算法，能讓運載火箭更聰明。通過該技術的應用，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控制重構，提升了飛行控制適應性和智能化水平。
針對當前我國運載火箭火箭測試周期長、在發射區佔位時間長的問題，科研團隊積極探索火箭快速發射路徑，爲長征八號設計了“兩平一垂”發射模式，即水平組裝、水平狀態整體運輸、星罩組合體垂直轉場對接。預計在2022年左右，長征八號將實現“兩平一垂”發射。屆時發射區將不再需要規模龐大、組成複雜的塔架，可減少建設成本。
爲什麼要向太陽同步軌道發射衛星?
對傳統戰略型任務來說，長期穩定性和全球覆蓋能力是衛星軌道應該具備的重要特性，如地球靜止軌道(GEO)、閃電軌道(Molniya)和太陽同步軌道(SSO)等。這些軌道都着眼於衛星長期在軌執行任務。
太陽同步軌道的軌道平面與太陽的夾角保持不變，有利於衛星對地面進行長期觀測。太陽同步軌道可以爲一些觀測型任務提供較穩定的太陽入射條件，在太陽同步軌道上運行的衛星，可在相同的時間和光照條件下觀察雲層和地面目標。因此，氣象衛星、地球資源衛星和照相偵察衛星一般都選取太陽同步軌道，以使拍攝的地面目標的圖像最好。
爲了保證對地觀測類衛星前後2天可在相同時間、相同光照條件下觀察雲層和地面目標，衛星的軌道平面，要與太陽、地球連線保持固定的夾角。由於地球繞着太陽公轉，因此太陽、地球連線也一直在轉動，相應衛星軌道平面也要隨之轉動。地球圍繞太陽公轉1年，爲使軌道平面保持固定的角度，衛星必須旋轉或進動360度，即軌道平面每天旋轉0.9856度(360度÷365.25天)，且軌道面向東方向轉動。
未來5年至10年，太陽同步軌道的較大噸位航天發射任務需求旺盛。
值班主任：李歡
