
8月26日凌晨3时8分,海南商业发射航天场,在台风“剑鱼”的余波中,长征八号甲运载火箭成功将卫星互联网低轨10组卫星送入太空,这是该型火箭30天内第二次执行发射任务。
作为商业航天的新一代标杆性主力火箭,长征八号系列火箭自出生起便备受关注。此次长征八号甲运载火箭在发射任务中实现了全流程自动化、起飞主动漂移控制、过冷液氧加注等多项技术创新,进一步提升了发射效率、飞行稳定性,增强了对多种任务的适应能力。
30天内“两赴星河”,再一次验证了其技术能力和商业发射的广阔前景。长征八号还会给我们哪些惊喜?新华日报记者专程前往海南文昌,采访那个最了解它的人——随发射任务驻扎发射场的长征八号系列火箭总设计师、江苏籍科学家宋征宇。
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“长八”
“作为一款新火箭,长征八号在首飞一年内,就投入了高密度发射,这在国际航天史上也是比较少见的。”
随着商业卫星的发展,商业航天的业务量愈发变大,市场需要一款性能出众、安全可靠、技术先进的运载火箭。长征八号正是在这样的发射需求下孕育而生。可以说,“长八”是带着任务出生的。
长征五号从立项到首发历时10年,首枚参与商业发射的长征六号历时6年,长征七号同样历时6年,长征八号走完这一过程只用了3年。
这是如何实现的?宋征宇“揭秘”说:答案就在研发本身。
过去运载火箭在设计时就考虑过“模块化”,但大多指的是像计算机等单机产品的模块化,长征八号是第一款真正实现舱段级模块化运载火箭。这样的尝试降低了火箭的研发成本,极大加快了火箭的研发速度。

作为顶级科学家,宋征宇不厌其烦用深入浅出的语言向记者科普:以一枚火箭为例,最底下是芯一级模块和助推器模块、中间的“脖子”是芯二级(末级)模块,最上面尖尖的是整流罩,里面安装的就是卫星等产品。
“长八”的特色在于,借鉴已有长征火箭的舱段级模块进行重组,宋征宇及其团队在“长八”的一级采用了新一代中型长征运载火箭的模块,二级采用了长征三号甲火箭的三级模块,700公里太阳同步轨道的理论运载能力超过了4.5吨。这样可以在充分保障可靠性的同时,最大限度节省成本,为火箭模块化设计“打了一个样”。
实践中新问题也不断。宋征宇打了个比方:就像经典的“甲壳虫”汽车,虽然很漂亮,但在横风中晃动剧烈,“头重脖子细”的火箭也是一样,在复杂的高空风环境中容易折断,“这种构型在过去是不会被采纳的。这也是我们尝试将舱段级模块化利用所遇到的适应性问题。当时就有一种呼声要放弃二级的借用模块,重新加强结构设计新的二级模块。但是我想,‘长八’应该在模块化设计上做出探索。”
结构上遇到问题,解法不囿于结构。研发团队另辟蹊径,从飞行减载控制上找突破口。开车遇到横风,转90度基本消除影响,火箭能不能也这样?

“结构保持原状(可实现节约成本、减重的目标),我们在火箭的弹道设计和飞行控制策略上做工作,让火箭在飞行中主动调整方向,顶着风飞。”宋征宇说,这样的尝试解决了大家对火箭结构承载的担忧,团队最终对坚持模块化设计达成共识,惊喜也随之而来。由于长征八号在研制过程中突破了这项减载技术,使得长征八号甲在面临更大直径整流罩的需求时,解决起来也游刃有余。“长征八号甲的整流罩直径5.2米,末级火箭直径3.35米,直径比值超过1.55,突破了过去长征火箭1.4最大值(这个纪录也是长征八号保持的),接近了国际航天界认为的理论极限,这样的气动外形给减载和飞行稳定控制带来了极大挑战。这个构型的成功,在整流罩内可以仓储更多卫星,使火箭的运载能力充分释放,也是火箭设计制造上的全新突破。”
在海南商业航天发射场测控大厅外,宋征宇指着挂在墙上的6幅图,向记者回顾了自2020年长征八号首发以来的6次节点性发射。一次次发射优化,带来一次次技术突破。

今天,长征八号系列运载火箭在文昌拥有专用发射工位——海南商发一号工位,配套专用的总装测试厂房。发射工位采用改进型“三垂”测发模式,具备“7天发射、7天恢复”的能力,为“长八”低成本、高效率发射“稳稳护航”。
“商发”
“我想先听听,你们对商业航天是怎么理解的?”
眼下,中低轨卫星发射需求旺盛,而在长征八号首飞之前,我国在发射3~4.5吨太阳同步轨道卫星上,还缺少适合的运载工具,“长八”的出现填补了空白,可以实现多星组网发射,商业发射市场的空间可想而知。
但,成本不是商业航天的全部。宋征宇在反问我们如何理解商业航天之后,道出了自己的认知:相比传统航天,“低价”常与商业航天搭配出现,这让很多的关注点都落在发射成本上。实际上,商业航天并不是卷低价,而是以更广的市场供给、更过硬的产品技术、更大胆的技术创新、更宽松的风险承受能力来促进航天事业产业良性发展的一种模式。

从载人航天“转入”商业航天的宋征宇对此有着深刻的体会——
一直从事重大工程,先后担任载人运载火箭CZ-2F(发射神舟载人飞船)、新一代中型运载火箭CZ-7(发射天舟货运飞船)副总设计师的他,2017年起肩负起探索商业卫星发射和促进商业航天发展的任务。
任务变了,环境也变了:没有了充足资金资源支持保障的研发环境,似乎限制了研发的空间,但这也解开了各类“压力”“束缚”。在宋征宇眼中,这反而是给放手创新提供了机遇。
比如,之前的型号为何没有实现“模块化”?原因还是在于出于可靠性考量,要用最稳妥的方案,但适用商业发射,降本是必须考量的重要变量。

宋征宇向记者讲述了他印象最深的多项突破,这些突破恰恰是在经费紧张的情况下“被逼”实现的,背后的启示令人深思。当然,他最难忘的还是一次“成功的失败”——
运载火箭最上面的整流罩,穿越大气层时会受到大气摩擦、承受力热载荷,起到保护卫星的作用。此时的飞行过载有时会达到地面上的4倍。过去,火箭越过大气层会再飞行一段时间,待过载降低后才抛去整流罩,此时的过载环境和地面实验大致相当,抛罩的设计和验证比较方便。但若火箭飞出大气层后仍带整流罩飞行,运载能力白白损耗了。业内把此飞行段整流罩的质量称为“死重”,而在宋征宇的设想中,如果一出大气层就提前将整流罩抛掉,这部分“死重”不就可以转化为卫星的重量?
地面无法在4倍重力加速度的情况下实施抛罩实验,也无法在正式任务中开展这样的“冒险”,国际上也没有先例。宋征宇思来想去,决定发挥中国运载火箭技术研究院多年来从事火箭研制、试验和生产的优势,充分挖掘以往飞行数据并精确校准地面工况的实验结果,从而反演出飞行中可能发生的运动特性。

幸运的是,这项前所未有的工作通过数值仿真解决了,真正发挥了作用,模型拥有完全的自主知识产权。
但不幸的是,尽管长征八号甲首飞中整流罩顺利分离,且分离的角速度等参数与地面仿真结果完全相符,但对火工装置在爆轰后塑性变形的补偿量考虑不周,存在影响卫星的安全隐患,抛罩的方案在后续任务中又退回到了传统的方案。
“曾经大部分人不敢使用燃气,现在管道已接进千家万户,通过技术更迭可以慢慢让大家接受风险、认可创新。但创新并非易事。”宋征宇希望通过这个例子解释,从事商业航天创新是比卷成本更正确的事,但也是更难的事。因为难、从事的人少,于是就成了“老大难”,但这也更值得努力去突破。宋征宇对这项抛罩技术并没有彻底放弃,只是目前发射频率高,等空闲了,他决心要将这个问题彻底解决。
“征宇”
“我出生的1970年,东方红一号卫星上天,我父母就给我起名‘征宇’。”

“勇攀高峰”,是宋征宇被评为第19届“中国十大杰出青年”时被给予的评语。
他也在用一生证明了这句评价:宋征宇出生于江苏靖江,高考时免试进入浙江大学、本科选择工业电气自动化,本来对导弹控制十分向往的他,最终还是结缘火箭,1992年进入中国运载火箭技术研究院北京航天自动控制研究所,正如他的名字一般,一生都剑指空天寰宇。
翻看他的百度百科,“中国青年五四杰出贡献奖章”“中国十大杰出青年”“全国五一劳动奖章”等称号,获得国家科技进步奖特等奖、一等奖,“钱学森杰出贡献奖”等荣誉令人侧目,但他更在意自己的另一个身份“江苏靖江人”,并十分挂怀家乡发展。

包括江苏在内,国内很多地方已经把商业航天列入重点培育发展的未来产业之一。江苏如何立足制造大省的优势、闯出自己的空天之路?宋征宇给出了自己的建议——
“江苏有很多制造业企业提供航天产业配套,这些企业未来可以瞄准航天产业中关键的、被少部分院所掌握的高附加值核心产品,去带动技术的发展和市场的开拓。”他认为,江苏要发展壮大商业航天,不只要盯住制造环节,还应当培育招引研发中心、设计总部,“这一过程中也要注重航空航天领域智库建设,听取对行业发展领域的客观判断,了解评估其发展规划,投小投早。”

当前,宋征宇和团队的主要工作还是保障卫星互联网的发射任务。放眼穹顶星辰,宋征宇也有一个“小目标”——开发出长期在轨飞行的“空间转移运输系统”。
“我们研制的通用氢氧末级火箭非常适合8000—36000公里的中高轨道任务。我们想以它为基础,开发长期在轨复用的运载器。”宋征宇解释,现在的火箭需回到地面复用,一上一下损失很多运载能力,“我们的火箭末级本来就留在轨道上,如果想复用,可以直接在轨道上加注燃料,时刻服务于更远的飞行任务。”
采访的最后,言语谨慎的宋征宇还是透露,从明年下半年开始,末级火箭将具备在轨多次点火的能力。这离他的设想也将更近一步。
梦想“升空”也需一步步完成,正如他这些年一如既往所做的那样。8月26日,长征八号甲运载火箭成功将卫星互联网低轨10组卫星送入太空后,宋征宇在微信平台平静地发了条朋友圈,上面只有4个字:“未完,待续”。
新华日报·交汇点记者 付奇 李嘉豪
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(图片由受访者提供)