智慧火箭邁出可回收技術驗證第一步

文/ 任悅鳴 攝/ 宿東

2020 年12 月22 日，我國新一代運載火箭長征八號在中國文昌航天發射場首飛成功，將5顆衛星送入預定軌道，有效填補我國太陽同步軌道運載能力3噸到4.5 噸之間的空白，為我國未來中、低軌衛星發射的迫切需求提供了新的解決方案，標志著我國在新一代中型運載火箭研制中取得了重大突破，對于完善我國運載火箭型譜、提升進入空間能力具有重大意義。

據長征八號火箭總設計師宋征宇介紹，長八火箭是一款在立項之初就按不同發射需求設計兩檔配置的智慧火箭，身懷“可重復使用技術”等獨門絕技，兼顧近地軌道和地球同步轉移軌道發射能力，是未來我國商業航天發射服務的主力軍。

長征八號火箭在研制過程中，始終踐行深度融合的思路，簡化火箭發射保障需求，做到了性價比優、易用性好、安全性高。同時，長征八號火箭充分吸收了現有火箭研制成果，具有良好的繼承性、經濟性、先進性和適應性。

走出中國航天可回收技術驗證第一步

火箭回收技術是近年來舉世矚目的“航天黑科技”，我國也針對火箭可重復使用技術展開了探索和研究，這一重任就落在了此次首飛的長征八號運載火箭身上。

長八火箭在飛行中對液體火箭發動機進行節流控制。宋征宇形象地比喻說，火箭發動機的推力節流技術就像給汽車換擋一樣，在點火起飛時開足全力沖上去，在飛行過程中調節發動機的推進劑流量，以此來達到調整推力、控制速度等目的。宋征宇介紹，推進劑節流技術可以對火箭進行牽制釋放，不想讓它走的時候能拽得住，想讓它走的時候放得開，這樣才能在火箭返回時“收住油門”。

長八火箭總指揮肖耘表示，火箭回收雖然在短期內不會對GDP 產生巨大影響，但可重復使用技術是全世界運載行業探索的新方向，“我們作為火箭研制總體單位，需要對新技術進行嘗試。”研制團隊第一次驗證這項技術，做了大量的地面試驗。“推力調節技術是火箭可重復使用的關鍵技術，必須掌握。”肖耘對這一技術志在必得，在他看來，研究過程中的攻關積累，一定會有助于其他高難度的技術突破，“長征八號研制團隊，有能力也有義務做火箭可重復使用的嘗試和研究”。

此前幾年，研制團隊圍繞火箭一級回收開展技術嘗試，以垂直起飛和垂直降落為目標，按步進行火箭回收試驗，目前，著陸緩沖機構、低空低速的返回段制導、自主控制等回收技術均處于緊張的試驗階段，預計在2021 年左右完成可回收關鍵技術的進一步攻關。

有了這項技術后，還可以在點火起飛時讓發動機先工作很短的時間，在正式起飛前對發動機進行全覆蓋測試，一旦發動機出現故障，立刻節流控制，緊急叫停發射任務，避免后續損失。

這項技術的驗證，為后續我國一次性運載火箭重復使用技術提前進行相關技術驗證，為我國重復使用運載火箭研制打下堅實基礎。“返回技術是世界難題，也是中國航天人當前的追求。”肖耘說，此次發射的組合型長八火箭，走出中國航天可回收技術驗證的第一步。

成為商業航天發射服務主力軍

與其他型號不同的是，長征八號火箭更多以市場需求為導向進行研制，從能力指標、經濟性、可靠性等綜合考慮，實現工程研制的最優。據長八火箭副總指揮段保成介紹，長八火箭在研制過程中踐行了低成本的思路，充分考慮了技術與經濟的一體化，通過包括項目制、高繼承性的嘗試，實現火箭的成本有效控制，努力做到火箭研制和市場挖潛的“雙成功”。

長八火箭立項之初，便被賦予了“打造一款經濟、好用、可量化批產并具有國際競爭力的火箭”的光榮使命。長八火箭的主要運載能力集中在太陽同步軌道，而這里恰好是商業航天發射需求最為旺盛的“黃金地段”。

③在開始學習閱讀或識字的階段，閱讀很容易走神，可能需要手指幫忙才能順利地開始閱讀，并且在開始閱讀很長時間以后還是不能擺脫這種習慣。

商業發射服務最主要的3 個需求，便是物美、價廉、快速。

長八火箭繼承了已有型號的成熟模塊，可靠性設計考慮得更充分，宋征宇指出：“可靠是火箭的基礎，無論面對什么樣的用戶，都需要做到可靠，但提供商業發射服務的長八火箭的可靠性，是基于成本考慮的。”他坦言，不能將商業航天的可靠性和載人航天相比較，不過“未來長征八號火箭可以對標國際同行，經濟性有可比性，可靠性更高”。

長八火箭首飛試驗隊將火箭材料的特性挖掘到極致，未來，箱體的人工成本和原材料成本可下降30%，達到經濟性和運載能力的平衡。“長八火箭本身運載能力達到5 噸級，而起飛規模為356 噸，運載效率在國內火箭中是名列前茅的。運載能力的提升、成本的下降，必然會帶來很高的性價比。”段保成說。

長八火箭通過“模塊化、系列化、組合化”研制理念以及全箭模態綜合技術等一系列方法，在保證產品可靠性的前提下，進一步節省測發成本，縮短研制周期、履約周期和發射周期，預計未來可實現接單12 個月進場，進場10 天發射的快速服務能力，用最短時間、最少成本，打造出一款具有競爭力的產品。

想要征戰商業航天市場，就必須是個多面手，長八火箭不僅可以發射太陽同步軌道衛星，還能兼顧近地軌道和地球同步轉移軌道發射能力，使其具有更強的市場競爭力。

據宋征宇介紹，未來商業航天發射需求種類繁多，需求迫切。“衛星互聯網星座、對地觀測衛星星座都是長八火箭主要用戶，高校和研究所也可以利用科學試驗衛星開展試驗，長八火箭可為這些用戶提供常態化的搭載服務。”

多項技術讓智慧火箭更聰明

近年來，我國運載火箭高密度發射已呈常態化，但飛行故障甚至飛行失利也偶有發生。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。

之所以采用大靜不穩火箭主動減載控制技術，是因為此次發射的長八火箭是組合型火箭，芯一級和助推器均采用長征七號一級狀態，結構非常強，而二子級采用長三甲三子級，結構相對比較輕薄，承載能力有限制。按照火箭的飛行軌道設計，火箭將在一、二級分離前通過南海上空稠密大氣層，西向的大風將對火箭飛行形成垂直作用力。

“如果火箭在稠密大氣中仍保持高速飛行的狀態，輕則拉偏位移，影響入軌精度，重則導致火箭被大風吹斷解體。”肖耘說。

因此，研制團隊采用大靜不穩火箭主動減載控制技術，通過自適應減載控制，將發動機100% 的推力降到77.5%，提升了輕質貯箱結構對不確定風場的適應性，順利通過“危險地帶”。

此次首飛成功的長八火箭具備了滑行段飛行故障在線辨識的能力，能夠在特定故障工況下自主進行姿態控制重構，提升火箭飛行控制的適應性和智能化水平。火箭可通過設計基于控制效果的噴管故障辨識和控制重構算法，開展故障在線辨識，并根據故障辨識結果，進行姿態控制重構。

宋征宇告訴記者，假如火箭發現原有的目標軌道已經不可達了，就會自動計算出一個臨時停泊軌道，進行衛星救援。“目前，國際上明確提出這項技術的，只有我們長征系列運載火箭。”宋征宇自豪地說，在各項新技術的加持下，長八火箭變得更加智能了。

“融合型”的長征八號值得期待

長八火箭在設計之初就被分為“組合型”和“融合型”，一型火箭，兩檔配置的模式首次在長征火箭中使用。“就好比同一款汽車、手機也會有不同配置，滿足不同用戶的需求。”宋征宇形象地比喻。

此次發射的長八火箭為“組合型”，具有繼承、簡化、集中、共享等突出特點。后續，研制團隊還將進一步提升火箭性能，縮短研制和測發周期，發射更為先進、更加經濟的“融合型長八火箭”。

雖然外形上一模一樣，但“融合型長八火箭”將進一步優化技術，實現電氣一體化、地面測發控一體化、結構快捷制造、快速測發、無人值守等功能，并搭建新技術驗證平臺，更適應商業用戶的需求，成為一款集先進性、安全性、高適應性和強競爭力于一身的新一代中型主力火箭。

“十四五”期間，我國將陸續淘汰以往使用常規推進劑的火箭，長八火箭或將承擔起我國在太陽同步軌道發射主力軍的作用。

“技術的進步勢不可擋，環保的要求也越來越高，傳統火箭在過去幾十年里，為中國航天事業的騰飛作出了不可替代的貢獻，但新一代運載火箭的升級換代勢在必行。”宋征宇說，長八火箭在其他型號的研制基礎上不斷集成創新，傳統火箭也可以長八火箭首飛為契機，形成良性競爭關系，共同推動中國航天技術持續發展，為航天強國建設貢獻力量。

未來，長八火箭將按照“快速形成能力，迭代改進提升競爭力”的發展思路，形成不同運載能力，實現系列化發展，并通過不斷迭代優化，提升競爭力，為我國后續衛星組網工程建設、商業航天發射服務提供有力支撐。