在“長征五號”遙五火箭成功發(fā)射嫦娥五號探測器僅一個月后，文昌發(fā)射場201工位上又送走了一位名叫“長征八號”的客人。

　　 2020年12月22日12點37分，我國新一代運(yùn)載火箭長征八號在中國文昌航天發(fā)射場點火起飛，隨后順利將5顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，首飛任務(wù)取得圓滿成功。

　　

　　長征八號運(yùn)載火箭起飛（宿東 攝）

　　雖然她的體量沒有“長征五號”這么大，也就350噸出頭。但是，這火箭……是不是看著有點眼熟？如果你覺得她似曾相識，那就對了。

長征八號的目標(biāo)不止SSO軌道和商業(yè)發(fā)射

　　3.35米直徑配兩臺120噸級液氧煤油發(fā)動機(jī)YF-100的芯一級、2.25米直徑配一臺YF-100的助推器、3米直徑配兩臺8噸級液氫液氧發(fā)動機(jī)YF-75的二級、4.2米直徑的整流罩……很顯然，這就是把“長征七號”運(yùn)載火箭的二級換成一個“長征三號甲”的氫氧三級，再去掉兩個助推器所形成的產(chǎn)物。

　　

　　“長征八號”火箭配置和運(yùn)載能力（圖源：論文《CZ-8：長征火箭系列商業(yè)化與智慧化的先行者》）

　　“長征八號”系列火箭可以為低軌星座、低傾角衛(wèi)星、小型電推進(jìn)高軌衛(wèi)星等提供服務(wù)，主要負(fù)責(zé)太陽同步軌道（SSO）載荷的發(fā)射任務(wù)，可滿足大部分中大型有效載荷或多星組網(wǎng)的發(fā)射需求。

　　那么，為什么我們要強(qiáng)調(diào)這個太陽同步軌道（SSO）？因為只有處于這個軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，每天同一當(dāng)?shù)貢r間都能夠經(jīng)過同一個地點，十分適合諸如農(nóng)業(yè)普查、天氣預(yù)報、資源勘探這種要每天特定時間對著某個地方看的需求。

　　以往我國的SSO軌道發(fā)射任務(wù)幾乎都是“長征四號”系列運(yùn)載火箭的主場，其最大近3噸的SSO運(yùn)力還算不錯。但隨著衛(wèi)星的重量和體積越來越大、功能越來越多、性能也越來越強(qiáng)，“長征四號”系列運(yùn)載火箭開始力有不逮，因此需要更強(qiáng)的火箭。然而“長征七號”未來的發(fā)射任務(wù)已經(jīng)幾乎被“天舟”貨運(yùn)飛船任務(wù)填滿了，實屬分身乏術(shù)，所以選擇讓“長征七號”專注于近地軌道的任務(wù)，直接把原“長征七號”子型號之一單獨發(fā)展。這樣，我們就得到了一個SSO運(yùn)力達(dá)到4.5噸的火箭，也就是這次發(fā)射的“長征八號”。

　　“長征八號”除了目標(biāo)軌道基本限定在SSO之外，還肩負(fù)著我國商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射的重要任務(wù)，需要較低的發(fā)射成本提高競爭力。

　　商業(yè)發(fā)射市場首先需要運(yùn)載火箭可以提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品與服務(wù)，要有較高的可靠性和安全性，其次發(fā)射服務(wù)價格自然是越低越好。除此之外，火箭還必須要“快”，這里的“快”指的是能對任務(wù)快速響應(yīng)、可以適應(yīng)種類繁多的發(fā)射任務(wù)、發(fā)射周期也要足夠短。最后火箭的產(chǎn)量還必須足夠，要不然就適應(yīng)不了商業(yè)發(fā)射中較高的發(fā)射密度。

　　為了滿足商業(yè)發(fā)射高競爭力的需求，“長征八號”火箭會分為兩種配置：CZ-8/ZH和CZ-8/RH，分別代表組合型和融合型。其中組合型是面向高附加值的衛(wèi)星發(fā)射；而融合型則面向競爭更為激烈的商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射市場，發(fā)射成本更便宜、用起來更簡單、而且可靠性不減。為此，融合型“長征八號”火箭會在結(jié)構(gòu)工藝、電氣系統(tǒng)、測控系統(tǒng)上進(jìn)行大幅度簡化。

　　除了為商業(yè)發(fā)射進(jìn)行較多改進(jìn)之外，她還將擁有別的長征火箭幾乎都無法完成的目標(biāo)——回收。

長征八號是如何實現(xiàn)回收功能的？

　　長征七號立項后沒多久，美國Space X公司的獵鷹九號火箭異軍突起，將大多數(shù)人認(rèn)為天方夜譚的“火箭回收并復(fù)用”目標(biāo)實現(xiàn)了，甚至還將回收的火箭一級重復(fù)使用了多達(dá)七次，大大地降低了常規(guī)構(gòu)型火箭的發(fā)射成本。

　　

　　資料圖：獵鷹九號海上回收 圖源：維基百科

　　看到“垂直回收”的火箭復(fù)用路子是走得通的，我國的可回收火箭計劃也開始提上日程。在目前這個老型號火箭已經(jīng)屬于期貨退役的時期，直接在新型號上予以應(yīng)用，是最合適的選擇。而“長征五號”主打重量級任務(wù)，目前還是以追求可靠性為主，那么“長征七號”與“長征六號”火箭自然成為了選擇。

　　對于“長征七號”而言，以“長征七號722（HO）”構(gòu)型為基本型，另行開辟火箭型號（即“長征八號”系列運(yùn)載火箭），最終發(fā)展出可回收火箭（即“長征八號”的改型），從管理上來看，也是相當(dāng)合適的選擇。當(dāng)然，基于“長征六號”運(yùn)載火箭的可回收復(fù)用型號，也在緊鑼密鼓地研制中，相信以后我們也能看到。

　　火箭的復(fù)用并不是拍腦門想出來的，它需要一步步實驗加以驗證。

　　首先是使用“老長征”系列火箭進(jìn)行實驗。盡管這類火箭沒法最終應(yīng)用可回收技術(shù)，但可以作為分系統(tǒng)的實驗平臺。

　　目前，我國已經(jīng)在長征二號丙和長征四號乙火箭的一級級間段上裝備了柵格舵，將落區(qū)范圍縮小了85%，減少了人員與設(shè)施因“天降”而造成損失的可能。

　　順便一提，長征四號乙遙38火箭上使用的一個柵格舵，在經(jīng)過了回收、檢測、修理的工序后，又跟著長征四號乙遙41再次發(fā)射升空，成為了我國第一個成功重復(fù)使用的火箭零件。

　　

　　使用柵格舵控制殘骸定點著陸的長征二號丙（左）和長征四號乙（右）（圖源：中國航天科技集團(tuán)）

　　回到本次發(fā)射，可回收型“長征八號”火箭與美國的“獵鷹九號”火箭的回收方式相當(dāng)類似，都是垂直降落回收，但二者在各種細(xì)節(jié)中有著巨大的差別。

　　首先，由于“長征八號”是捆綁式火箭，一般在助推器燃料用光后就會將其拋掉以減輕重量，但是在回收構(gòu)型中，助推器將不再與芯級分離，而是集束分離模式，與芯一級一起分離并回收。

　　集束分離之后的芯級和助推器會在高空進(jìn)行一次動力減速，這里將會使用助推器的發(fā)動機(jī)進(jìn)行減速。到了低空，芯級發(fā)動機(jī)點火，最終讓火箭軟著陸。這里助推不分離的優(yōu)勢就體現(xiàn)了出來，同型號的火箭發(fā)動機(jī)如果點火次數(shù)不同，其結(jié)構(gòu)也會有細(xì)微的差別，在這里如果全程都讓芯級點火兩次進(jìn)行減速，而助推器不點火，會讓助推器和芯級的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生差別，對降低成本而言這可不是好事。

　　

　　“長征八號”火箭的回收方式（圖源：論文《CZ-8：長征火箭系列商業(yè)化與智慧化的先行者》）

　　此外，火箭在著陸時重量非常輕，而我國的YF-100火箭發(fā)動機(jī)的最大推力超過120噸，在著陸時需要讓發(fā)動機(jī)節(jié)流運(yùn)行。節(jié)流幅度越大，發(fā)動機(jī)設(shè)計難度越高，也就越貴。所以回收的時候帶上助推器，也相當(dāng)于是給火箭加了個配重，降低了發(fā)動機(jī)的節(jié)流幅度，間接降低了成本。

　　不過，由于長征八號運(yùn)載火箭是首飛，主要用于驗證設(shè)計與制造的可靠性，因此并不是可回收形態(tài)。我們可以從照片中觀察到，其助推器仍然是分離設(shè)計的，保留有分離用的小型固體火箭，芯一級和助推器上也沒有裝設(shè)用于返回的格柵舵和著陸腿。

　　任何的進(jìn)步都不是一蹴而就的?！伴L征八號”火箭的成功發(fā)射只是我國可回收運(yùn)載火箭走出的一小步，后續(xù)也勢必要多次進(jìn)行發(fā)射，每一次我們都將嘗試一些新的內(nèi)容，直到垂直回收火箭技術(shù)的最終成熟。

　　可以預(yù)見的是，“長征八號”的前景將十分廣闊——隨著內(nèi)陸發(fā)射基地工位的低溫發(fā)射能力的陸續(xù)實現(xiàn)，它不僅可以在海南文昌航天發(fā)射場進(jìn)行發(fā)射任務(wù)，還可以在深處內(nèi)陸的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心組織發(fā)射。“長征二號”、“長征三號”和“長征四號”系列火箭的歷史任務(wù)也即將完成。

　　畢竟，上世紀(jì)70-80年代首飛的“老長征”系列火箭經(jīng)歷了四十多年風(fēng)風(fēng)雨雨，不僅性能逐漸跟不上時代需求，而且其使用常溫的偏二甲肼和四氧化二氮作為燃料，毒性和腐蝕性極強(qiáng)，對發(fā)射場的工作人員有著不小的危害，而且燃料成本還要更高，也是時候讓這些“老兵”們安享晚年了。

　　我國新一代中型運(yùn)載火箭從2010年立項至今已走過十個年頭，如今已經(jīng)初步形成了一套全新的運(yùn)載火箭譜系。新一代長征系列運(yùn)載火箭必將接過老前輩們的接力棒，在我國航天事業(yè)的“長征”之路上書寫新的篇章。