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中国新一代火箭悉数亮相

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发表于 2020-12-28 20:28:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

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长征八号的完美“首秀”,再一次让中国火箭家族走进公众视线。

2020年12月22日12时37分,我国新一代运载火箭长征八号以“一箭五星”的方式,在中国文昌航天发射场首飞成功。

此前,长征五号、长征六号、长征七号、长征十一号4型新一代火箭,也已分别完成首飞任务。如今,随着长征八号成功首飞,“十三五”期间我国新一代运载火箭悉数完成亮相。

“短短几年时间,5型新火箭成功首飞,极大提升了我国进入空间的能力,进一步丰富和完善新一代运载火箭系列型谱基本构架。”中国航天科技集团一院院长王小军告诉记者,“十三五”期间,长征五号、长征七号、长征八号等新一代运载火箭集体亮相、成功首飞,逐渐在密集、复杂的航天任务中担当重任,可以说,我国运载火箭发展迈入绿色无污染的新阶段,运载能力达到世界一流水平。

现役火箭将逐步退出历史舞台,未来实现新老全面交替

据王小军介绍,新一代运载火箭采用无毒、无污染推进剂,在继承现役运载火箭技术基础上,攻克了120吨液氧/煤油发动机、50吨氢氧发动机、5米直径箭体结构设计制造等数十项关键技术难关。

2020年5月5日,为我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭在文昌首飞成功,正式拉开中国载人航天工程“第三步”任务的序幕。如今时隔半年多,长征八号成功首飞,又将我国运载火箭太阳同步转移轨道运载能力从3吨提升至4.5吨。

王小军告诉记者,与现役运载火箭相比,新一代运载火箭不仅采用无毒、无污染的推进剂,而且运载能力成倍增长,令中国进入空间能力大幅提高。随着新一代长征系列运载火箭的发展和完善,目前现役的运载火箭将逐步退出历史舞台,实现新老火箭全面交替。

他以刚刚首飞的长征八号为例,这是一型兼顾近地轨道和地球同步转移轨道发射能力的新型火箭,有效填补了中国新一代运载火箭的能力空白。

中国航天科技集团一院长征八号运载火箭总指挥肖耘告诉记者,随着中国航天发展,中低轨卫星发射需求越来越旺盛,而此前我国新一代火箭的运载能力尚存空白,不能满足3吨至4.5吨太阳同步轨道发射需求。长征八号应运而生。

肖耘说,长征八号火箭将有力推动我国中型运载火箭的更新换代,而且将带动和牵引我国中低轨卫星的发展,满足未来中低轨高密度发射任务需求。

据他介绍,自上世纪80年代开始,我国就围绕新一代运载火箭开展了规划,逐步形成了小、中、大新一代运载火箭的型谱发展规划。

经过数十年预研和工程研制,我国成功研制了长征五号、长征七号等新一代运载火箭,形成了2.25米、3.35米和5米直径的通用模块,为后续新一代运载火箭“模块化、系列化、组合化”发展奠定了基础。

肖耘说,长征八号的研制遵循既定发展思路,充分继承在役型号的产品和技术,借鉴已有的试验验证成果,实现型号快速集成研制。

据中国航天科技集团一院长征八号运载火箭总设计师宋征宇介绍,长征八号是在长征七号火箭基础上,与长征三号甲系列火箭三子级组合形成的新构型火箭。其采用芯级捆绑2枚助推器构型,全长约50.3米,起飞质量约356吨,起飞推力约480吨,700公里太阳同步轨道运载能力不小于4.5吨。

宋征宇表示,目前我国具备中低轨道发射能力的主力运载火箭,只能将3吨有效载荷送到太阳同步轨道,而长征八号将此项能力提升到了4.5吨。这不仅是长征系列火箭运载能力的提升,对卫星等有效载荷来说,也是平台的“升级换代”。

“未来,长征八号将和长征五号、长征六号、长征七号、长征十一号等新一代运载火箭形成更加优化、合理的能力布局。这将大力提升中国航天进出空间的能力,对推进中低轨道卫星组网建设具有重大意义。”肖耘说。

未来中国火箭可重复使用、更聪明?

未来中国的火箭将是什么样的,可重复使用,还是高度智慧化?

这其中,前者因为美国“钢铁侠”埃隆·马斯克的尝试,让人们充满期待。过去几年,埃隆·马斯克麾下的猎鹰火箭先后完成陆地、海上回收,被认为是商业航天领域典型的成功案例,也再一次点燃了人类移民火星的梦想。

从这个角度来看,长征八号的首飞似乎有着更为重要的意义,用专家的话说,“从它身上能看到未来中国火箭的影子”。在不久的将来,长征八号有望把科研人员构想中未来火箭的相关技术,一一变为现实。

比如,要想实现火箭的“可重复使用”,发动机推力调节是重要的技术手段。此次发射中,长征八号运载火箭便应用了发动机推力调节技术,这在我国运载火箭中,还是首次工程应用。

据中国航天科技集团一院长征八号运载火箭副总指挥段保成介绍,该技术能大幅提升火箭的总体设计优化能力和任务适应能力,其首次应用也为后续相关技术进行了先期技术验证,为我国重复使用运载火箭研制奠定了基础。

他告诉记者,长征八号火箭在立项之初就确立了以市场需求为导向进行研制,从能力指标、经济可靠性等综合考虑,努力实现火箭研制和市场挖潜“双成功”。

段保成说,长征八号的研制采用了虚实结合的模态分析技术,全箭动特性数据在已有模块试验数据及动力学模型的基础上,通过全箭动力学模型组装和数值仿真计算获取。长征八号的研制探索,为后续大型、重型火箭的模态综合技术奠定了基础,有助于大幅缩短其研制周期,降低研制费用。

他还专门提到,为了能在商业市场占据有利阵地,研制团队在对长征八号的电气、结构等方面进行低成本设计的同时,还开展了“垂直起降”的研究,对该火箭采用了可回收设计,力求实现可重复使用。

近年来,我国运载火箭高密度发射已呈常态化,但也偶尔发生飞行故障甚至飞行失利的案例。

有人设想,如果火箭具备故障诊断和自主飞行能力,在发生故障时,火箭自主调整,飞行结果是否就能大幅改善?

长征八号在解决这一难题上也做了尝试。

宋征宇告诉记者,科研人员在长征八号身上,通过研究分析各种减载稳定控制方法,并采用自抗扰技术进行实时补偿控制,提高主动减载的效果,解决了大整流罩带来的“静不稳定度”大的难题。

他说,基于控制效果的喷管极性辨识和控制重构算法,能让运载火箭“更聪明”。通过该技术的应用,长征八号具备了滑行段飞行故障在线辨识能力,能够在特定故障工况下自主进行姿态控制重构,提升了飞行控制适应性和智能化水平。

变定制为通用,未来发射任务周期更短

来自中国航天科技集团一院的资料显示:长征八号火箭自2018年4月转入工程研制阶段工作,2020年10月完成了出厂评审。

宋征宇说,从型号开始论证到首飞火箭具备出厂条件,仅用时两年多,这在新一代运载火箭研制的历史上是不多见的。

他告诉记者,针对当前我国运载火箭测试周期长、在发射区占位时间长的问题,科研团队积极探索火箭快速发射路径,为长征八号设计了“两平一垂”发射模式,即水平组装、水平状态整体运输、星罩组合体垂直转场对接。

据他透露,预计在2022年左右,长征八号将实现“两平一垂”发射。届时,发射区将不再需要规模庞大、组成复杂的塔架,可减少建设成本。

王小军告诉记者,“十三五”期间,长征系列运载火箭不断提升的能力和发射次数,让中国人探索宇宙的脚步迈得更远。

“十三五”期间,面对高强密度发射,中国航天科技集团一院提出设计上变“定制火箭”为“通用火箭”——火箭经最小程度适应性更改即能应用于其他任务,将一发火箭任务调整周期由原来的18个月减少到4至5个月。

王小军透露,新一代火箭可实现每年5-8发的总装总测和发射能力,完成组批投产。值得一提的是,常温液体火箭的发射场流程,也从原来的35天精简至15天。

他以长征十一号为例,该火箭更是具备全天候数小时内发射能力,大幅提升了我国快速进入太空能力。

来源:中国青年网
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