長征八號何時可以垂直回收？還需四年，重複使用三步走中的第一步

繼長征五號遙五火箭成功發射嫦娥五號探測器之後，本月22日海南文昌發射場再次釋出一枚新型火箭，12時37分長征八號遙一運載火箭於201工位點火升空。

此次發射是該型火箭首次飛行試驗，在歷經程序轉彎、助推器分離、一二級分離、拋整流罩、星箭分離一系列既定時序動作後，五顆試驗衛星順利進入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。

長征八號遙一火箭起飛

長征八號是一款二級半運載火箭，全長約50.3米，起飛質量約356噸，3.35米直徑一子級配置兩臺YF-100液氧煤油發動機，二子級配置2臺YF-75高空氫氧發動機，一子級捆綁兩枚2.25米直徑助推器，每個助推器配置一臺YF-100液氧煤油發動機。

長征八號推重比高達1.39，是我國現役所有火箭中推重比最高的一款。YF-100額定推力124.7噸，整箭起飛推力約498噸，高推重比意味着在同等起飛重量前提下可以擁有更大運力。

YF-100高壓補燃液氧煤油發動機

此次首飛的長征八號基本型700公里高度太陽同步軌道運力4.5至5噸，近地軌道運力8噸，地球同步轉移軌道運力2.8噸。它還可以根據不同的任務需求，通過調節助推器數量實現運力調節。

可供選擇的配型方案如下：不要助推器的光桿起飛型、配置4枚2.25米直徑助推器、配置兩枚3.35米直徑通用芯級助推器形成CBC構型等等。

發射塔架中的長征八號

佇立在發射塔架中的長征八號給人一種非常另類的感覺，爲什麼從正面看兩枚助推器的安裝位置是歪的？

因爲長征八號是一款融合型火箭產品，單就外形結構而言一子級與助推器繼承了長征七號的起飛級，不僅結構繼承就連發射場地也有繼承，因此長征八號的兩枚助推器也繼承了長征七號的安裝位置，被佈置在移動發射平臺的二四象限。

長征八號（左）與長征七號（右）

除此之外，長征八號3米級直徑二子級也繼承了長征三號甲火箭的三子級。

就運力而言，長征八號基本型並不是很搶眼，低軌運力、太陽同步軌道運力、地球同步轉移軌道運力皆弱於長征五號、長征七號，從外觀看又是兩型火箭的組合產品，那麼它存在的意義是什麼？

毫不誇張地說長征八號在我國運載火箭發展史上有三大里程碑意義：

第一個里程碑：航天技術量的積累觸發質變

每每提到火箭發射成功率，航天迷們對大洋彼岸成立於2006年的ULA聯合發射聯盟公司100%成功率總是無比羨慕，但如果我們只有浮於表面的羨慕，就會犯只見樹木不見森林的錯誤。

德爾塔-4是聯合發射聯盟的最強運力火箭

火箭發射的高成功率猶如一名優秀的狙擊手是用子彈喂出來，火箭成功率也是建立在失敗與成功積累的教訓與經驗基礎之上。

大洋彼岸從發射第一枚運載火箭算起，其總髮射量需要以“千次”爲單位計算，而前期與中期的發射失敗率同樣很高。

例如，距離現在並不遙遠的上世紀八十年代中後期，大力神系列火箭是當時大洋彼岸運力最強的非載人火箭，該系列火箭34D型號在1986年4月18日的發射任務中剛起飛8.5秒就凌空放了煙花，此後大力神系列火箭又遭遇多次失敗，就連極度追求高安全性的載人用航天飛機也先後損失兩架，14名宇航員殞命藍天。

大洋彼岸航天事業的部分至暗時刻

按照比例計算我國火箭發射失敗比值遠遠小於大洋彼岸，用最小的代價獲得了儘可能充分的經驗與教訓，這纔有了今年新一代大推力無毒無污染火箭的亮眼表現。

長征五號遙三複飛成功後順利結束試驗階段，天問一號、嫦娥五號連續成功發射，拓展型號長征五號B首飛既成功發射重達21.6噸的大型載荷新一代載人飛船試驗船。

長征五號B遙一發射新一代載人飛船

今年長征系列新型火箭首飛失敗的唯一案例是長征七號甲，因爲它要驗證的是助推器與芯一級集束式分離技術，這是一種全新的分離方案，此前人類從未嘗試，交這筆學費是情理之中，首飛失敗後現已查明原因，預計將於明年上半年復飛。

長征七號甲

長征八號爲什麼可以實現首飛即成功？其起飛級在長征七號項目中研製週期長達八年，3米直徑高空二子級更是在長征三號甲系列火箭項目中歷經百餘次發射，正是充分吸收在役和新一代運載火箭研製成果，長征八號纔有了完美首飛的基礎。

長征三號甲系列高空三子級

第二個里程碑：第一款面向商業市場的大中型火箭

長征八號是第一款由國家立項面向商業市場的大中型火箭，目標是在國內外商業發射市場中佔有一席之地。

突出優勢是研製週期短、研製進度快、履約週期短，自2017年5月立項算起，整個研製週期僅三年，創造了我國新型火箭研製用時的新紀錄。

長征八號並不是拿來主義的組合品，而是應用了一系列原創新技術，是對既有產品的大換血。

長征八號高空二子級吊裝

該型號實踐了國際首創的智慧型火箭理念，就是說火箭如果遇到推力下降、發動機失效等故障，能夠在線自主識別，並重構軌道將衛星送入一條接近預定軌道的軌道，可以最大限度挽救衛星。

此次首飛的長征八號就具備了滑行段飛行故障在線判斷能力，能在特定高危工況下自主進行姿態控制。

基於電氣一體化、快捷製造、快速測發理念，長征八號將原有90多臺單機產品削減至47臺單機，通過競爭性採購壓低造價，進一步強化了成本優勢。

長征八號垂直轉運

以往新型火箭研製都需要製造大量試驗件進行實際試驗，同時還要建造與火箭配型的大型振動臺，耗時耗力耗錢。長征八號摒棄了這種傳統模式，而改爲試驗週期短、費用低基於虛擬技術的模態分析技術進行在線測試，模型更精準、偏差也更小。

這一模式的開創不僅服務長征八號的研發，也爲我國以後更大型的火箭研製提供了全新手段，對921新一代重型載人火箭、長征九號等重型火箭大有裨益。

“快八”是長征八號的內部外號，主要體現在履約週期短與快捷製造。現在我們看到長征八號採用的是垂直總裝、垂直轉運、垂直測試的三垂測發模式，而接下來快八將拓展三平測發模式，即水平總裝、水平測試、水平轉運。

水平轉運不佔用發射工位（聯盟-2.1a）

三垂模式對火箭工況更爲友好，但缺點是在火箭整個測發週期內佔用移動發射臺，不利於火箭發射效率的提高。

三平模式雖然對火箭工況的要求更高，但也帶來了測發工作的便利性，通過公路運輸將火箭送往發射臺起吊，爾後運輸平臺即可承接下一發任務，火箭在水平總裝、水平測試期間不佔用發射工位，佔用發射工位時間最短，非常有利於高密度發射。

長征八號的整個測發週期僅爲7至10天，對比現在大型液體火箭動輒二十多天的測發週期是跨越式提升。

快捷製造是“快八”的另一個核心優勢，到後年（2022年）該型火箭將形成年產30枚的產能。

新一代航天勞模：長征八號

那麼，需求真的有這麼旺盛麼？

長征八號以3至5噸運力的太陽同步軌道爲主陣地，兼顧近地軌道、地球同步轉移軌道，現如今氣象、對地遙感、科學探測、國防等諸多業務都大量聚集在太陽同步軌道上，可謂是黃金軌道。

我國以往只能靠長征四號系列、長征二號系列四氧化二氮/偏二甲肼類燃料火箭發射太陽同步軌道衛星，運力不到3噸，大大限制了上述業務衛星的功能發揮，此後這兩系列火箭將被長征八號取代。

長征四號丙太陽同步軌道運力2.95噸

除此之外，官方在長征八號首飛任務宣發中刻意強調了衛星互聯網的建設，衆所周知大洋彼岸SpaceX公司今年完成了十六批次星鏈天基互聯網星座的組網發射業務。

獵鷹九號火箭一子級垂直回收

我國巨型天基互聯網星座也已經向國際電聯提交了頻率使用申請，這意味着我們也即將迎來更高密度的發射任務，長征八號的誕生則是正當其時，它能以一箭數十星的規模發射組網。

前文提到長征八號推重比是我國航天有史以來的新高度，主要受益於自適應減載技術應用，在飛行過程中火箭可以根據實際飛行環境進行自主控制干預，這樣一來很多不必要的單機、結構重量都可以省去，這纔有了更輕的箭體。

以運力近似的長征二號E型火箭爲例，其起飛重量達到了464噸，長征八號則是356噸，足足相差一百餘噸。

長征八號擁有更輕質的箭體結構

那麼，自適應減載技術又是通過哪款執行機構與技術實現的呢？這就涉及到長征八號的第三座里程碑：垂直回收複用火箭開局之作！

要想在國際商業航天市場佔據一席之地，垂直回收複用是必須也是必然要攻克的技術關卡，這也是長征八號立項研製的初衷之一。在首飛任務中該火箭一子級兩臺YF-100液氧煤油發動機首次啓用推力調節功能，它可以在75%至100%推力間無級調速。

長征八號二子級繼承的是長征三號甲的三子級，作爲一款高空末子級，其結構相對比較輕薄，在穿越高空稠密大氣層時會遭遇西向大風對火箭形成的垂直作用力，雖然通過彈道優化、飛行剖面設計，可以緩解這一問題，但仍然是治標不治本。

想要根治就需要火箭減速運行，此時就需要推力調節實現，在首飛任務中長征八號就成功應用了這一技術能力，將一子級推力調節至77.5%推力。

長征八號首次應用變推力技術

發動機推力可調以及多次點火是運載火箭起飛級垂直回收複用的核心技術，比如火箭再入減速時就需要發動機收油門，如果收不住就不可能實現軟着陸。那麼，長征八號究竟何時才能實現起飛級垂直回收複用呢？

航天科技一院長征二號丙火箭主任設計師牟宇此前早已披露，按照我們整個技術規劃的目標來看，2025年之前完成整個箭體的重複使用和回收的演示驗證，並逐步具備應用到工程上的能力和條件。

也就是說2024年將是長征八號具備起飛級垂直回收複用的關鍵節點，屆時它將以長征8R的嶄新姿態亮相。

長征8R

有些人又想不開了，什麼？還要四年！那麼，這個四年究竟是快還是慢呢？

以SpaceX公司獵鷹9號爲例，該型火箭2010年6月首飛，直至2015年12月首次實現陸地回收，歷時也是五年半時間，而採用相較於獵鷹9號更爲複雜的助推器-一子級集束式垂直回收方案的長征8R則以四年爲期，這不是慢，而是快得多。

長征8R將基於推力增強版的YF-100K泵後襬液氧煤油發動機進行回收複用型號研製，以海上着陸爲例，其飛行時序分爲五大階段，分別是：使發動機噴口調向前進方向的“調姿段”、無動力自由飛行的“高空滑翔段”、再入大氣前啓動發動機進入“動力減速段”、展開柵格舵進入“氣動減速段”、接近地表時再次啓動發動機進入“着陸段”。

長征8R再入前調姿

近幾年我國航天進一步加快了垂直回收複用火箭的研製步伐，早在長征八號首飛之前各項關鍵子系統的研發也是齊頭並進。

首先YF-100液氧煤油發動機經過多年“打磨”推力調節能力業已具備，動力關攻克；

YF-100液氧煤油發動機變推力試車

2018年9月7日，長征二號丙搭載“歸燕一號”分離體再入監測系統和翼傘歸航系統，成功實現我國首次整流罩可控落點精確回收；

歸燕一號拍攝畫面

2019年7月26日，在遙感三十號05組衛星發射任務中長征二號丙火箭一子級驗證基於柵格舵控制技術的殘骸定點下落；

長征二號丙應用的柵格舵產品

2019年11月3日，在高分七號衛星發射任務中長征四號乙火箭一子級驗證基於柵格舵控制技術的殘骸定點下落；

長征四號乙柵格舵在太空展開

2020年9月27日～28日，航天一院12所使用孔雀飛行器完成了非程序制導控制技術飛行演示驗證，攻克了基於分佈式感知的力載荷與彈性模態辨識、在線軌跡規劃、自適應控制等一系列關鍵技術。

用於着陸段的緩衝機構試驗件

除此之外，用於起飛級回收的着陸緩衝機構、返回制導、自主控制等關鍵子系統目前都處於高密度試驗階段。

明年航天科技一院還將基於長征七號的二子級進行VTVL落回技術演示驗證，該子級配置的YF-115液氧煤油發動機同樣具備推力調節能力，且調節範圍比YF-100更大，可在68%至105%推力區間自主調節。

明年VTVL落回技術演示驗證

可以說我們正在大踏步邁入垂直回收俱樂部，僅國家隊就有航天科技一院的長征8R與航天科技八院的長征-6X兩條任務主線，待這兩款火箭全面突破之後，其他各型長征火箭都會視需求大規模跟進。

民營航天也有星際榮耀公司雙曲線二號、藍箭航天公司朱雀二號、星河動力智神星一號三款主力回收複用火箭型號，這一尖端技術在我國的白菜化應用趨勢已不可避免。

雙曲線二號重複使用液氧/甲烷共底貯箱

我國航天目前已經確立天地往返運輸載具重複使用三步走發展規劃：

第一步：火箭動力部分重複使用工程應用。包括長征-8R爲代表的火箭動力構型起飛級重複應用，以及升力式火箭動力重複使用運載器一級；

第二步：火箭動力完全重複使用工程應用。包括完全重複使用運載火箭、兩級入軌重複使用運載器；

第三步：組合動力重複使用具備應用能力，包括兩級入軌水平起降空天飛機與單級入軌水平起降空天飛機。

兩級空天飛機風洞分離試驗

從中不難看出類似獵鷹9號的起飛級垂直回收複用火箭只是三步走規劃第一步中的一個局部，在推進長征-8R複用火箭研製的同時，航天科技一院還在研製天地往返可重複使用運載系統，該飛行器第一級可藉助機翼滑翔返場着陸，一級揹負二級起飛。

除此之外，火箭客機、組合動力飛行器也有多個型號同步推進。例如，今年9月航天科技六院11所就在世界範圍內率先實現火箭基組合動力在超燃衝壓條件下的多模態轉換試飛，爲組合動力空天飛機發展攻克了又一道難關，航天科工集團騰雲空天飛機工程也已經實現騰飛一號模態轉換飛行試驗，中航成飛也有類似不同技術路徑的空天飛行器項目在同步推進。