□ 本报记者 付奇 李嘉豪
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面世起便备受关注。30天内“两赴星河”,其技术能力和广阔前景再次得到验证。长征八号还会给我们哪些惊喜?记者专程前往海南文昌,采访那个最了解它的人——江苏籍科学家、长征八号系列火箭总设计师宋征宇。
“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”
随着商业卫星广泛应用,商业航天的业务量迅速增长,市场需要一款性能出众、安全可靠、技术先进的运载火箭。可以说,“长八”是带着任务出生的。
首枚参与商业发射的长征六号火箭,从立项到首发历时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的运载火箭。这样的尝试降低了火箭的研发成本,在充分保障可靠性的同时极大加快了研发速度。
作为顶级科学家,宋征宇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”的一级采用新一代中型长征运载火箭的模块,二级采用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”。
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,以及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”
“创新是比卷成本更正确的事,但也是更难的事”
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。
但成本控制不是商业航天的全部。宋征宇说,相比传统航天,“低价”常常成为商业航天的“标签”,很多关注点都落在发射成本上。实际上,商业航天更大的意义,应该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促进整体航天事业产业良性发展。
2017年起,宋征宇从载人航天领域“转会”到商业航天领域。他向记者讲述了印象最深的多项突破,最难忘的是一次“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。但火箭飞出大气层后仍带整流罩飞行,运载能力就白白损耗了。在宋征宇的设想中,如果一出大气层就将整流罩抛掉,节省的运力不就可以让卫星“增重”?
地面无法在4倍重力加速度的情况下实施抛罩实验,国际上也没有先例。宋征宇思来想去,决定发挥他所在的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,通过数值仿真的方式来推演火箭飞行中的运动特性。
幸运的是,这项前所未有的科研工作完成了,真正发挥了作用,并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,但因为对一个小小的火工装置在爆轰后变形数值无法验证,存在安全隐患,抛罩方案只得在后续任务中又被放弃。
“曾经很多人不敢使用燃气,现在燃气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。”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。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,等空闲时,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”,这是宋征宇被评为第19届“中国十大杰出青年”时被给予的评语。
宋征宇出生于江苏靖江,高考时选择了浙江大学工业电气自动化专业。本打算研究导弹的他最终结缘火箭,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。正如其名,他的人生一直在征服空天寰宇。
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?宋征宇时时留意家乡的产业发展并给出建议——
“江苏有很多企业为航天业提供配套,这些企业未来可以瞄准关键的、被少部分院所掌握的产品钻研技术、开拓市场,实现向高附加值攀升。”他认为,江苏要发展壮大商业航天,除了要盯住制造环节,还应当培育招引研发中心、设计总部等,保持对航天发展领域的关注。
当前,宋征宇和团队的主要工作是保障卫星互联网的发射任务。放眼苍穹,宋政宇又设定了一个“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。”他透露,从明年下半年开始,末级火箭将具备在轨多次点火的能力。这离他的设想将更近一步。
梦想“升空”也需一步步完成。8月26日,长征八号甲运载火箭成功发射,宋征宇发了条朋友圈,内容只有4个字:“未完,待续”。