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我国|长征八号来了！从它身上能看到未来火箭的影子

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◎ 王伟童 高崇芮 董 佳莹 科技日报采访人员 付毅飞
2020年12月22日12时37分 ， 由中国航天科技集团一院抓总研制的我国新一代中型运载火箭长征八号 ， 从文昌航天发射场点火升空 ， 将新技术验证七号、海丝一号、元光号、天启星座零八星、智星一号A星5颗卫星送入预定轨道 ， 圆满完成首次飞行任务 。

我国|长征八号来了！从它身上能看到未来火箭的影子
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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 。一院长征八号运载火箭总指挥肖耘说 ， 该型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 。
除了意义重大 ， 从长征八号身上还能看到未来火箭的影子 。 或许在不久的将来 ， 它能将我们对未来火箭的许多梦想一一变为现实 。
填补太阳同步轨道运载能力空白
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 。
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 。
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 。
肖耘表示 ， 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 。

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“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 。
发动机推力调节技术为重复使用奠定基础
据一院长征八号运载火箭副总指挥段保成介绍 ， 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” 。
采访人员从一院了解到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 。
【我国|长征八号来了！从它身上能看到未来火箭的影子】为了能在商业市场占据有利阵地 ， 研制团队在对长征八号电气、结构等方面进行低成本设计的同时 ， 还开展了垂直起降研究 ， 对该火箭采用了可回收设计 ， 力求实现可重复使用 。
要向实现火箭的重复使用 ， 发动机推力调节是重要技术之一 。 本次飞行任务中 ， 长征八号液体发动机实施了节流控制 ， 这是发动机推力调节技术在我国运载火箭首次实现工程应用 。该技术不仅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 。
多项新技术让火箭更聪明
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 。 如果火箭具备故障诊断和自主飞行能力 ， 在发生故障时 ， 自主调整 ， 飞行结果便能大幅改善 。
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 。
同时 ， 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 。
针对当前我国运载火箭火箭测试周期长、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 。 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 。
延伸阅读
为什么要向太阳同步轨道发射卫星？
钱航
对传统战略型任务来说 ， 长期稳定性和全球覆盖能力是卫星轨道应该具备的重要特性 ， 如地球静止轨道（GEO）、闪电轨道（Molniya）和太阳同步轨道（SSO）等 。 这些轨道都着眼于卫星长期在轨执行任务 。
太阳同步轨道的轨道平面与太阳的夹角保持不变 ， 有利于卫星对地面进行长期观测 。 太阳同步轨道可以为一些观测型任务提供较稳定的太阳入射条件 ， 在太阳同步轨道上运行的卫星 ， 可在相同的时间和光照条件下观察云层和地面目标 。 因此 ， 气象卫星、地球资源卫星和照相侦察卫星一般都选取太阳同步轨道 ， 以使拍摄的地面目标的图像最好 。
为了保证对地观测类卫星前后2天可在相同时间、相同光照条件下观察云层和地面目标 ， 卫星的轨道平面 ， 要与太阳、地球连线保持固定的夹角 。 由于地球绕着太阳公转 ， 因此太阳、地球连线也一直在转动 ， 相应卫星轨道平面也要随之转动 。 地球围绕太阳公转1年 ， 为使轨道平面保持固定的角度 ， 卫星必须旋转或进动360度 ， 即轨道平面每天旋转0.9856度（360度÷365.25天） ， 且轨道面向东方向转动 。
未来5年至10年 ， 太阳同步轨道的较大吨位航天发射任务需求旺盛 。
来源：科技日报 图片除标注外来自国家航天局

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