长征八号火箭首飞 未来有望实现一键发射

作者: 钱童心

12月22日12时37分,长征八号运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空,“一箭五星”,首飞告捷。

这是中国自主研制的新一代中型运载火箭的首次飞行任务,填补了我国太阳同步轨道运载能力的空白,也在可重复使用技术、智慧火箭等方面进行了探索。

中国航天科技集团一院长征八号火箭总指挥肖耘介绍称:“长征八号是一款两级半构型火箭,2017年5月正式批复立项。我们用了三年时间,采用借鉴成熟模块的组合化研制,用于填补我国未来在太阳同步领域4.5吨以上的运载能力。”

“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,长征八号应运而生,它是首款国家立项的面向商业市场的运载火箭,肩负着控制成本的使命,在电气、结构等方面开展低成本设计的同时,通过开展垂直起降研究,实现可重复使用,进一步降低成本。” 中国运载火箭技术研究院总体部设计师钱航说。

“一箭多星”,探索重复利用技术

“多星发射”是长征八号的一大特点,能够一次发射多个重达几百公斤的卫星,从而便于多星组网。

此次长征八号首飞搭载的新技术验证七号、海丝一号、元光号、天启星座零八星、智星一号A星5颗试验性卫星准确进入预定轨道,相关卫星载荷将对微波成像等技术进行在轨验证,开展空间科学以及遥感、通信技术试验与应用。

海丝一号卫星和元光号卫星由长沙天仪空间科技研究院研制。两颗卫星正常入轨,遥测参数正常,太阳翼、天线均展开正常。

天仪研究院创始人兼CEO杨峰表示:“海丝一号卫星是天仪当前正在研制的第一代轻小型SAR(合成孔径雷达)遥感卫星的首发星。具有成本低、部署快、覆盖能力强、调度灵活等优点,能够实现高分辨率、宽覆盖、持续监测、快速遥感信息处理能力,将提供更高效率的对地遥感服务。”

元光号卫星是一颗20kg级空间科学实验卫星,由河北工业大学与天仪研究院合作研制。主载荷为河北工业大学研制的空间摩擦学实验载荷,主要任务是利用立方星开展空间机构学与摩擦学科学实验,以此探究材料级、部件级到系统级的力学性能随服役时间的变化规律,建立机械系统界面微观力学行为与机构宏观运动的跨尺度机械学规律模型。

值得注意的是,长征八号首次对火箭的可回收重复利用技术进行探索。对此,肖耘表示:“长征八号火箭已经开展了可重复和智慧化相关技术的验证。长征八号在这方面进行了技术探索,也为未来可重复使用技术积累了经验方法。”

与美国太空探索技术公司(SpaceX)的猎鹰火箭的可回收原理类似,要想实现火箭的重复使用,发动机推力调节是重要的技术。此次发射中,长征八号应用了发动机推力调节技术,这在我国运载火箭中是首次工程应用。

据介绍,长征八号突破基于模块组合的快速集成设计,是我国首个研制中未开展全箭模态试验的中大型火箭,大幅缩短研制周期,降低了研制费用。

肖耘称,未来的目标是尽可能快速、简洁地发射火箭,甚至“一键发射”。

“我们设想未来可能在海南或其他地方布局,把我们的总装厂、生产车间放在一起,总装、测试后直接就到塔架上准备发射,节省一系列测试、检查、转运的步骤。”肖耘表示,“未来,我们的目标是7到10天、40个人左右就能完成一次火箭发射任务。”

中型火箭需求大、迭代慢

肖耘表示,目前国家对互联网卫星,低轨移动、太阳同步轨道卫星的发射需求旺盛,预计在“十四五”期间,太阳同步轨道卫星将占到国家未来发射卫星的50%到60%,所以急需长征八号这型火箭。

他还称,从需求预计情况看,长征八号未来每年发射应该不少于20次,但是这也取决于后续生产能力的推进。

蓝箭航天技术有限公司正在研制的中型液氧甲烷运载火箭朱雀二号,则将配备天鹊80吨液氧甲烷发动机。尽管这一运力远低于SpaceX和蓝色起源(Blue Origin)的商业航天火箭,但仍可将两辆大型SUV轿车同时送入太空,是国内在研运力最大的民营运载火箭。

蓝箭航天CEO张昌武向第一财经记者介绍道,朱雀二号液体运载火箭将是中国民营商业火箭领域第一款中型火箭,对标世界民营火箭公司研发的产品,未来朱雀二号拓展型火箭运力将有望超越SpaceX的猎鹰九号火箭,并可执行空间站、深空探测和登月等发射任务。

张昌武认为,中大型运载火箭代表着商业航天的未来。蓝箭航天目前在浙江湖州拥有生产基地,公司预计最早将于2022年实现批量生产。目前”朱雀二号”液体运载火箭也完成多项重要地面试验,各分系统部组件也已陆续交付。

“在SpaceX以大型火箭成功占得市场先机,Rocket Lab、Vector等小型火箭对市场进行有效补充的同时,适合进行微纳卫星组网、中小卫星组网及补网的中型火箭拥有了明显的市场机会。”张昌武对第一财经记者表示。

对于民营火箭公司而言,谁能解决技术和成本问题,将卫星真正送入轨道,谁才能称得上是跑进了世界商业航天的赛道。

近几年来,国内民营航天公司融资不断。今年9月,蓝箭航天宣布完成12亿元人民币C+轮融资,这使得该公司过去一年获得的累计投资金额超过18亿元人民币。

张昌武向第一财经记者介绍称,融资将为该公司自主研发的“朱雀二号”系列液体运载火箭产品的研制提供充足保障,持续构建公司中大型液氧甲烷火箭研制及批量生产能力。

加速追赶马斯克的SpaceX

目前全球范围内,已经实现了火箭可回收重复利用技术的代表企业是“钢铁侠”埃隆·马斯克的SpaceX。就在上周六,SpaceX成功将美国国家侦察局(NRO)的秘密间谍卫星送入轨道,这是该公司今年完成的第26次火箭发射任务,并创造了全年发射次数最多的新纪录。

今年11月7日,由星河动力空间科技有限公司自主设计的四级固体运载火箭——谷神星一号运载火箭在我国酒泉卫星发射中心成功首飞,并顺利将天启星座十一星送入预定轨道。

这是中国民营商业火箭首次进入500公里太阳同步轨道,也是中国第二枚成功入轨的民营运载火箭,标志着中国商业航天的一次重大突破。

谷神星一号的发射开展了多项技术创新,在减重增效、运载效率和精度提升方面都实现了突破。在此次发射中借助火箭末子级离轨钝化,星河动力与北京航天方舟空间技术有限公司联合开展了“商业返回式卫星变轨再入”关键技术验证。

星河动力CEO刘百奇对第一财经记者表示:“我们公司的火箭包括刚刚完成发射的一种小型固体运载火箭,以及正在研制中的液氧/煤油燃料的液体火箭。”

刘百奇介绍称,该公司正在研制中的液体运载火箭智神星一号对标SpaceX的猎鹰九号重型火箭,主打低成本、可回收重复使用。初步计划会在2022年末至2023年初实现首飞。

张昌武也表示,蓝箭航天正在部署可回收技术,针对火箭子级整体回收进行方案和算法的积累。“但在实现火箭的商业化可回收之前仍有好几步要走。”他告诉第一财经记者,“在可回收技术方面的积累主要是两方面:一方面是打基础,实现和验证火箭飞行的可靠性;另一方面是在发动机核心硬件、重型火箭的整体设计规划层面,以及对后续的供应链进行测试。”

纪录片《SpaceX的腾飞之路》(三)

2020年,埃隆•马斯克(Elon Musk)旗下的太空探索科技公司SpaceX与NASA合作,协同执行了人类历史上首次民营公司载人火箭的发射,这也是美国从2011年后,首次发射载人火箭。搭载了龙飞船(Crew Dragon)的猎鹰9号(Falcon-9)火箭,将NASA宇航员鲍勃·贝肯(Bob Behnken)和道格·赫利(Doug Hurley)成功送入国际空间站,并顺利返回地球。

这一工程浩大的太空任务已然被载入人类史册,就让我们追随着纪录片的脚步,看一看人类的征途如何走向星辰大海。

视频来源:rtmi 1

纪录片《SpaceX的腾飞之路》(三)

2020年,埃隆•马斯克(Elon Musk)旗下的太空探索科技公司SpaceX与NASA合作,协同执行了人类历史上首次民营公司载人火箭的发射,这也是美国从2011年后,首次发射载人火箭。搭载了龙飞船(Crew Dragon)的猎鹰9号(Falcon-9)火箭,将NASA宇航员鲍勃·贝肯(Bob Behnken)和道格·赫利(Doug Hurley)成功送入国际空间站,并顺利返回地球。

这一工程浩大的太空任务已然被载入人类史册,就让我们追随着纪录片的脚步,看一看人类的征途如何走向星辰大海。

视频来源:rtmi 1

纪录片《SpaceX的腾飞之路》(三)

2020年,埃隆•马斯克(Elon Musk)旗下的太空探索科技公司SpaceX与NASA合作,协同执行了人类历史上首次民营公司载人火箭的发射,这也是美国从2011年后,首次发射载人火箭。搭载了龙飞船(Crew Dragon)的猎鹰9号(Falcon-9)火箭,将NASA宇航员鲍勃·贝肯(Bob Behnken)和道格·赫利(Doug Hurley)成功送入国际空间站,并顺利返回地球。

这一工程浩大的太空任务已然被载入人类史册,就让我们追随着纪录片的脚步,看一看人类的征途如何走向星辰大海。

视频来源:rtmi 1

纪录片《SpaceX的腾飞之路》(三)

2020年,埃隆•马斯克(Elon Musk)旗下的太空探索科技公司SpaceX与NASA合作,协同执行了人类历史上首次民营公司载人火箭的发射,这也是美国从2011年后,首次发射载人火箭。搭载了龙飞船(Crew Dragon)的猎鹰9号(Falcon-9)火箭,将NASA宇航员鲍勃·贝肯(Bob Behnken)和道格·赫利(Doug Hurley)成功送入国际空间站,并顺利返回地球。

这一工程浩大的太空任务已然被载入人类史册,就让我们追随着纪录片的脚步,看一看人类的征途如何走向星辰大海。

视频来源:rtmi 1

纪录片《SpaceX的腾飞之路》(三)

2020年,埃隆•马斯克(Elon Musk)旗下的太空探索科技公司SpaceX与NASA合作,协同执行了人类历史上首次民营公司载人火箭的发射,这也是美国从2011年后,首次发射载人火箭。搭载了龙飞船(Crew Dragon)的猎鹰9号(Falcon-9)火箭,将NASA宇航员鲍勃·贝肯(Bob Behnken)和道格·赫利(Doug Hurley)成功送入国际空间站,并顺利返回地球。

这一工程浩大的太空任务已然被载入人类史册,就让我们追随着纪录片的脚步,看一看人类的征途如何走向星辰大海。

视频来源:rtmi 1

纪录片《SpaceX的腾飞之路》(三)

2020年,埃隆•马斯克(Elon Musk)旗下的太空探索科技公司SpaceX与NASA合作,协同执行了人类历史上首次民营公司载人火箭的发射,这也是美国从2011年后,首次发射载人火箭。搭载了龙飞船(Crew Dragon)的猎鹰9号(Falcon-9)火箭,将NASA宇航员鲍勃·贝肯(Bob Behnken)和道格·赫利(Doug Hurley)成功送入国际空间站,并顺利返回地球。

这一工程浩大的太空任务已然被载入人类史册,就让我们追随着纪录片的脚步,看一看人类的征途如何走向星辰大海。

视频来源:rtmi 1

纪录片《SpaceX的腾飞之路》(三)

2020年,埃隆•马斯克(Elon Musk)旗下的太空探索科技公司SpaceX与NASA合作,协同执行了人类历史上首次民营公司载人火箭的发射,这也是美国从2011年后,首次发射载人火箭。搭载了龙飞船(Crew Dragon)的猎鹰9号(Falcon-9)火箭,将NASA宇航员鲍勃·贝肯(Bob Behnken)和道格·赫利(Doug Hurley)成功送入国际空间站,并顺利返回地球。

这一工程浩大的太空任务已然被载入人类史册,就让我们追随着纪录片的脚步,看一看人类的征途如何走向星辰大海。

视频来源:rtmi 1

纪录片《SpaceX的腾飞之路》(三)

2020年,埃隆•马斯克(Elon Musk)旗下的太空探索科技公司SpaceX与NASA合作,协同执行了人类历史上首次民营公司载人火箭的发射,这也是美国从2011年后,首次发射载人火箭。搭载了龙飞船(Crew Dragon)的猎鹰9号(Falcon-9)火箭,将NASA宇航员鲍勃·贝肯(Bob Behnken)和道格·赫利(Doug Hurley)成功送入国际空间站,并顺利返回地球。

这一工程浩大的太空任务已然被载入人类史册,就让我们追随着纪录片的脚步,看一看人类的征途如何走向星辰大海。

视频来源:rtmi 1

SpaceX又双叒叕直播炸火箭,马斯克发推:噢耶!

本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:太空精酿,编辑:Steed,题图来自:视觉中国

SpaceX又直播炸火箭了!

今天一早,星舰飞船SN8原型机进行了12.5千米高空飞行测试。在最后即将垂直着陆的一瞬间,星舰原型机炸了。

又双叒叕炸了!

SpaceX全程直播如何“炸掉”星舰SN8 | SpaceX

星舰,Starship,是SpaceX正在研发的、具有划时代意义的太空飞船,直径9米。它的最终设计目标是两级火箭,总长122米。今天试飞的飞船部分,也是未来的火箭二级,高约50米。

完成后,星舰火箭将是人类史上最强大的运载火箭,使用SpaceX新一代液氧甲烷发动机猛禽(Raptor)火箭总重超过5000吨,远远超过土星五号登月火箭(3000吨),近地轨道运力超过100吨,飞船载人能力超过100人。

相比较而言,各航天大国现役和在研的最新一代主力载人飞船,上限运输能力为7人。

星舰的最终形态概念图 | SpaceX

星舰的测试核心在于飞船部分/火箭二级。它不仅要拥有强大的推进能力,还要实现从太空轨道回收复用,是目前一系列测试的主角。

按照SpaceX的“从失败中总结经验并快速迭代”思路,星舰建造了一系列原型机,如Starhopper、MK1、MK2、MK4、SN1(MK3)、SN2、SN3、SN4、SN5、SN6、SN7、SN8等。考虑到星舰的测试从2019年3月份才开始,这个迭代速度相当惊人。

它们都有一个共同的特点:务实。这些远远不如PPT效果图的试验机,简直“丑陋不堪”,主要的金属结构竟然是不锈钢做的,其他部分也是能糙就糙。

这也是这个商业航天公司成功的秘诀——快速技术迭代,甚至设计出来就是用来炸的。因此,SN8爆炸之后,网络上质疑声音并不多,更多的是支持和鼓励。

无比“丑陋”的第一版Starhopper | SpaceX

其实早在去年Starhopper时期,相关测试已经取得了巨大的成功。2019年4月到8月间,它从能飞起来,一直突破到了能飞150米高并悬停、顺利降落。

Starhopper的150米试飞 | SpaceX

而后续的SN系列,基本上是更全面的测试,包括火箭发动机、推进剂系统、控制系统、电子系统等。由于还处在预研阶段,失败也是很惨烈,例如著名的加压测试(Pressure test)就炸掉了前三个SN。

SN4时已经实现了重大突破,也迈入了至关重要的静态点火阶段。SpaceX火箭一大特色是静态点火,这与他们火箭发动机能复用、推力可控、带牵制释放机构等一系列技术是分不开的。SN4在最终测试爆炸之前突破了5次静态点火试验。

猛禽发动机的两个版本,左为海平面版,右为真空版 | SpaceX

SpaceX给星舰准备的是猛禽发动机,最大单机推力220吨,可变推力,真空中比冲高达380秒。大量使用3D打印,自重仅1.5吨,推重比超过200,成本大幅低于同类竞品。猛禽指标全方位超越墨林发动机。如果说墨林成就了猎鹰9号和猎鹰重型,猛禽也将造就星舰的未来。

猛禽发动机使用液氧甲烷推进剂,比冲虽然依然低于液氧液氢发动机,但略高于液氧煤油。且液氧和甲烷的保存温度/沸点非常接近,温差不大,甲烷的密度较大、节省推进剂储存空间,整体上容易储存,难度远低于液氧和液氢。甲烷制备费用远低于液氢,发动机几乎没有积碳结焦问题,设计简单,维护很方便,是可回收火箭的最优选择。

星舰SN5原型机的“蚱蜢一跳” | SpaceX

SN5原型机今年8月实现了150米高的“蚱蜢一跳”。虽然才1台发动机,飞起来还歪歪扭扭,但是对星舰项目有着重大意义,首次成功验证了猛禽发动机的推进能力、变推力和矢量控制能力,检验了结构设计、材料设计、制造工艺稳定性。

后续的SN6在此基础上继续测试,全方位升级。试验期间,核心的飞船姿态控制、质心和推进剂分布控制、整体结构和材料、起飞和着陆关键技术等,都基本成熟,为下一步验证进一步铺垫。

SN7虽未进行实际飞行测试,但在地面进行了推进剂储箱的极限加压测试,最终成功炸裂。

SN8的核心测试是底部的3台猛禽发动机 | SpaceX

SN8的目的是进行3台发动机、最高达到12.5千米的发射与回收测试,实际的技术跨越非常大。

3台发动机需要在飞行过程中多次组合点火、变推力和矢量控制,降落阶段还要配合气动翼面让飞船从平飞变为垂直降落,快速制动,整体控制难度远超以往,可以说是史无前例。

SN8从起飞到炸机全程回放 | SpaceX

本次测试仅历时6分多钟,SN8成功完成了起飞、掉头、减速、翻跟头等一系列复杂操作,在垂直降落过程中的最后一刻,由于推进剂储箱在着陆期间压力过低,发动机推力异常,失速坠地爆炸。

另一个视角的SN8降落(失败)过程 | Cosmic Perspective

马斯克在第一时间发推,解释了最后炸机的原因,并称试飞取得了所需的全部数据。

埃隆‧马斯克第一时间发推,最后说了句“噢耶!!” | Elon Musk

从测试的角度来说,这次炸机可以算是很成功了。

炸碎了一地的SN8,字幕显示,SN9,下次你上!  | SpaceX

有意思的是,在直播的最后阶段,面对一片狼藉的爆炸现场,SpaceX在直播视频里打上了字幕——“SN9,下次你上!” 

事实上,SN9原型机也早已建成,排队等着下一次试飞了。

星舰SN9已建成,下一飞顶上 | Austine Barnard 

或许,这就是敢于直面爆炸和失败的勇气,也是发展航天的不懈动力。下一步,SN9会再次挑战这项测试。未来的星舰原型机,加上更多热防护能力和结构强度设计,还将挑战更大高度的测试,甚至入轨。

星舰正式服役后艺术效果图 | SpaceX

未来的星舰测试,几乎肯定会再次发生爆炸,但它的发展方向,以及它对人类航天的意义,不会受到太大的影响。毕竟,星舰总共才迭代了2年,且进展迅速。

如果星舰和超级重型火箭组合能在未来10年内成熟,它将成为超过全世界各航天大国的顶级官方航天产品。NASA也很清楚,在即将进行的重返月球载人登月任务,给了SpaceX重要的载人登月合同。

如果一切顺利,星舰将会抵达月球表面,随后登陆火星,甚至迈入更远的深空。

本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:太空精酿,编辑:Steed