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专访长征八号火箭总设计师宋征宇 揭秘探月四期后续任务“总开关”

来源:米乐体育赛事    发布时间:2024-03-24 08:07:41

  今天(20日),长征八号火箭成功把鹊桥二号中继星送入了地月转移轨道,探月工程四期的首次发射任务获得圆满成功。探月工程至今已经执行了8次发射任务,航天人把这次发射叫做探月四期后续任务的“总开关”。为什么这次“总开关”任务,没有交给执行过探月任务的“大力士”长征五号,而是交给了只有两级半结构的“小个子”长征八号呢?记者专访了长征八号火箭总设计师宋征宇,一起看独家揭秘。

  长征八号是我国新一代中型运载火箭,它采用了二级半的构型:芯一级为直径3.35米的液氧煤油模块,芯二级为直径3米的液氢液氧模块,捆绑了2枚2.25米直径的液氧煤油模块助推器,全箭总长约50.3米。比起直径5米、总长57米的“胖五”来说,“长八”显然是“小个子”。“胖五”已经在嫦娥五号取样返回任务中经受了考验,而“长八”还是第一次执行地月转移轨道的发射任务。

  航天科技集团一院长征八号火箭总设计师 宋征宇:我们最终选择长征八号来发射地月转移轨道,其实是由于卫星相对来说比较轻,不超过1.3吨,如果用长征五号来发射就显得有一点浪费了。

  鹊桥二号卫星重量不超过1.3吨,而长征五号的地球同步转移轨道运载能力达到14吨,相比而言,用长征八号来执行这次发射任务,确实经济多了。

  探月工程的前7次发射,执行任务的火箭中,不管是长征三号系列火箭、长征四号还是长征五号,都是三级火箭,而长征八号只有两级半,这次也成功完成了近地点200公里、远地点42万公里的地月转移轨道发射任务,秘诀在哪里呢?

  航天科技集团一院长征八号火箭总设计师 宋征宇:为提升运载能力,我们设计了一个特殊的弹道。因我们到月球需要有足够的速度增量,但是火箭在爬高的过程中,地球引力又会对运载能力产生一些影响,所以我们采取的一个措施就是说先不要急着爬高,我们把所有的能力都用来加速,而不是提高高度。等它到了一定速度之后,它自然会进入一个滑行轨道,我们再逐步提升速度,入轨的时候,提升到超过了1万米每秒。

  优化弹道设计、在低空中高速飞行的特点,使得长征八号能“四两拨千斤”,即使是“小个子”,也成功挑起了“大力士”才能承担的重担。

  宋征宇说,对他和团队来说,这次鹊桥二号任务面临的最大挑战还不是“小个子”要变身“大力士”,而是能不能在发射窗口期内,把卫星给发射出去。

  之前,长征八号已经进行过两次发射:长征八号基础型于2020年12月首飞,搭载的5颗试验性卫星准确进入预定轨道;拓展型于2022年2月成功发射“一箭22星”,刷新了当时我国的一箭多星发射纪录。长征八号前两次发射的,都是太阳同步轨道,每天都有发射窗口。但是对探月任务来说,3月份只有3天有发射窗口,每天2次,总共6次发射机会。在文昌,影响发射窗口的因素主要是天气,3月,海南最大的高空风能到60多米每秒。万一出现因为天气原因要推迟发射的情况,宋征宇最担心的,是火箭的芯二级,也就是氢氧末级的推进剂如何处理。

  航天科技集团一院长征八号火箭总设计师 宋征宇:液氢的温度是20k,也就是零下250多度。如果我们把液氢加注到贮箱,这时候忽然出现了一些问题要推迟发射,在常温下,液氢就会急剧气化,导致箱压会上升,在这种情况下整个箱子会爆裂,会产生不可预料的后果。

  因为液氢推进剂的特殊性,它的使用一直是个难点,稍有不慎就会出现一些明显的异常问题。国际航天界多款火箭就曾出现液氢加注以后管路或者阀门泄漏。

  为了考察低温推进剂对火箭的结构、管路系统和阀门等关键零部件的影响,今年3月初,长征八号团队进行了氢氧末级发动机的全系统试车,先后考核了火箭发动机在推迟发射后泄回推进剂,和不泄回推进剂持续24小时之后点火两种工况,两次试验均获得圆满成功。

  航天科技集团一院长征八号火箭总设计师 宋征宇:通过这次实验以后,大家一下子信心增长了很多,他觉得有问题我就泄出(推进剂),时间短我就推迟(发射),这好像并不是那么可怕,也消除了大家使用液氢的一些心理障碍。我们要发展高端的或者更先进的、性能更好的推进系统,带动整个行业的升级换代。如果国家队不做,我们可能就停留在,比如说常温推进剂的运载火箭,我们难以实现产业的升级。

  产业升级还需要发射准备周期提速。按照现在的周期,一个发射工位一年最多只能用12次。但是,如果将来能实现一个星期发射一次,意味着一个工位一年能发射50次左右。长征八号将奔着这个目标去努力。

  航天科技集团一院长征八号火箭总设计师 宋征宇:“长八”因为反应要快,当时叫“快八”。我们也给自己总结了一个特点,叫“三A”:一个叫accountable,就是可靠的、让人信服的,还有一个叫affordable,就是负担得起的,还有一个叫adaptable,就是适应能力强的,我们要有一定的利润,但是我们也要让用户负担得起。按照国际的行价,如果是按照一公斤5000美金算的话,我们长征八号的火箭比5000美金要便宜很多,我们并不是很贵。

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