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 長征八號

來自 搜狐網 的圖片

火箭類型 :中型液體燃料運載火箭

火箭代號 :CZ-8/LM-8

研製單位 :中國運載火箭技術研究院

長征八號(代號:CZ-8),是中國研製的新一代中型中低軌道兩級液體捆綁式運載火箭[1]

長征八號火箭一子級以液氧/煤油作為推進劑,採用兩台120噸級推力的YF-100發動機;二子級以液氫/液氧為推進劑,採用兩台8噸級推力的YF-75發動機,具備二次啟動能力;捆綁兩個2.25米直徑液體助推器,以液氧/煤油作為推進劑,各採用一台120噸級推力的YF-100發動機。火箭總長50.3米,芯一級直徑3.35米,二級直徑3米,單個助推器直徑2.25米,火箭起飛質量約356噸,主要用於發射近地軌道或太陽同步軌道有效載荷,可以將5噸的有效載荷送入700千米太陽同步軌道[2]

2015年,作為新型的太陽同步軌道火箭,長征八號運載火箭進入論證階段。2020年12月22日12時37分,長征八號首次飛行試驗,在中國海南文昌航天發射場取得圓滿成功。

2024年3月20日,搭載鵲橋二號中繼星的長征八號遙三運載火箭在海南文昌航天發射場發射升空。

2024年4月25日,航天科技集團在武漢發布了長征八號系列運載火箭新構型,新構型命名為長征八號甲運載火箭。

2024年12月15日,長征八號運載火箭在海南商業航天發射場從技術區成功轉運至發射區一號發射工位。

研製歷程

歷史背景

21世紀以來,中國航天事業快速發展,不僅各項航天重大工程任務接連取得進展,衛星應用產業也發展快速。與此同時,隨着中國積極引導商業航天發展,產業發展帶動需求上漲,由於許多資源衛星、科學試驗衛星甚至是低軌衛星互聯網系統組網都要在太陽同步軌道上運行,帶來了大量的太陽同步軌道發射任務和服務需求。然而,中國已經研製成功的新一代運載火箭由於各自的定位和使命不同,有的型號運載能力稍顯不足,有的又運載能力過大,成本過高。對於市場占比達到70%以上的商業衛星而言,中國還沒有適合的火箭。因此,為快速研製出新一代中型運載火箭,填補太陽同步軌道衛星發射能力空白,滿足未來各類發射需求,長征八號運載火箭研製工作啟動。

21世紀10年代中期,中國運載火箭技術研究院在分析預測中國航天發展的需求時提出,對於SSO軌道(太陽同步軌道)有效載荷3-4.5噸的航天器占總任務的18%左右,較前十幾年有明顯增長;GTO軌道(地球同步轉移軌道)5.5-7噸的大型通信衛星所占比例逐步增大,占26%。因而,新一代中型火箭發射需求旺盛,需要加快研製700千米SSO運載能力3~4.5噸、GTO運載能力6.5-7噸的運載火箭。而長征八號正是針對中低軌道的發射需求立項研製。

研發進程

2015年年初,中國運載火箭技術研究院總體設計部展開了關於長征八號運載火箭的論證工作。

2016年,第十八屆中國科協年會軍民融合科技創新展覽會上,處於論證階段的長征八號運載火箭模型展出。

2017年5月,經過兩年多的反覆論證,長征八號運載火箭在正式立項。隨後研製團隊用了一年時間,就完成了火箭方案設計。

2018年4月,長征八號正式轉入工程研製階段。

2019年11月,長征八號進入產品生產總裝測試階段。12月,長征八號運載火箭芯二級氫氧發動機成功完成高空模擬試驗,此次試驗是為長征八號運載火箭提供交付發動機的校準試驗,主要目的是校驗發動機大噴管並獲取「上天」發動機的性能數據,驗證是否達到交付要求。

2020年10月,長征八號完成出廠評審,滿足首飛要求。長征八號火箭綽號「快八」,一是研製快,從立項研製到發射僅用了3年時間;二是履約快,從簽署合同到火箭出廠,履約周期約為12個月;三是發射快,到後期預計發射周期為10天[18]。12月16日,長征八號遙一運載火箭在中國文昌航天發射場完成技術區相關工作後,駛出發射場垂直測試廠房,轉運至發射區。長征八號火箭加注推進劑,準備實施發射。

2022年1月21日,長征八號遙二運載火箭已完成出廠前所有研製工作,經過七天的海上運輸,安全運抵文昌航天發射場。

2024年3月20日,搭載鵲橋二號中繼星的長征八號遙三運載火箭在中國文昌航天發射場發射升空。成功將鵲橋二號中繼星送入地月轉移軌道。此次任務是長征八號火箭首次執行探月軌道發射任務。

2024年3月20日,火箭院抓總研製的長征八號改進型火箭成功完成長13米、直徑5.2米的整流罩分離試驗及新型星箭聯合操作試驗。整流罩分離試驗成功,標誌着長征八號改進型火箭研製階段又一大型地面試驗完成,全面轉入首次飛行試驗階段。

2024年4月25日,航天科技集團在武漢發布了長征八號系列運載火箭新構型,新構型命名為長征八號甲運載火箭。

2024年11月,長征八號運載火箭在位于海南文昌的海南商業航天發射場一號發射工位,開啟為期一周左右的加注合練,為年底首飛打下良好的基礎。

2024年12月15日,長征八號運載火箭在海南商業航天發射場從技術區成功轉運至發射區一號發射工位。

系統組成

總體設計

長征八號火箭由箭體結構、動力系統、控制系統、測量系統、總控網系統和地面發射支持系統組成。

長征八號運載火箭採用芯級捆綁2枚助推器構型,全長約50.3米,起飛質量約356噸,起飛推力約480噸,700千米太陽同步軌道運載能力不小於4.5噸,同時可兼顧近地軌道和地球同步轉移軌道發射需求。

長征八號火箭一子級直徑3.35米,與長征七號芯一級基本一致,二子級直徑3米,與長征三號甲三級基本一致,助推器直徑2.25米,整流罩直徑4.2米,是一款組合型的火箭

長征八號運載火箭是一型針對新型太陽同步軌道設計的運載火箭,主要面向具有國際競爭力的商業衛星發射任務。

箭體結構

長征八號火箭為兩級半構型火箭。長征八號研製團隊在項目論證過程中,從中國現有的火箭模塊里曾進行了幾百種搭配,不斷創新研製思路和方案,最終提出了實施構型,即長八火箭一子級狀態與長征七號火箭芯一級、二子級狀態與長三甲系列火箭三級基本一致。長征八號火箭的產品化率達到了95%,將成熟模塊進行匹配,用好各個產品,做到系統匹配、方案正確。將兩個成熟的模塊組合在一起,形成一款全新的產品,節省研發的時間成本和經濟成本。

一子級

長征八號火箭一子級與長征七號芯一級基本一致,並捆綁了兩個助推器,繼承了長征七號運載火箭助推器的成熟產品技術;芯一級箭體包括後級間段、氧箱、箱間段、煤油箱、後過渡段、尾段等部段,直徑為3.35米。

二子級

長征八號火箭二子級狀態與長征三號甲系列火箭芯三級基本一致,以液氫/液氧為推進劑。二子級長8.835米,上部是裝有液氫的燃燒劑箱,下部是裝有液氧的氧化劑箱。該子級採用的是氫氧發動機,具有二次啟動能力,由兩獨立的單管發動機並聯而成,每台推力8噸,可在伺服機構的帶動下雙向擺動,最大綜合擺角4度,控制二子級箭體飛行姿態。

助推器

長征八號火箭一子級助推器同樣繼承了長征七號運載火箭助推器的成熟產品技術,助推器直徑2.25米。

整流罩

長征八號火箭的整流罩直徑4.2米。

推進系統

長征八號火箭一子級採用2台YF-100火箭發動機(120噸級液氧煤油火箭發動機)。

長征八號火箭一級芯級火箭捆綁了兩個助推器,每個助推採用1台120噸級推力的YF-100發動機。

長征八號火箭二子級發動機,以液氫/液氧為推進劑,芯級直徑3米,採用兩台8噸級推力的YF-75液氫液氧發動機(雙機)並具備二次啟動能力。

長征八號700千米SSO運載能力約4.5噸,GTO運載能力約2.5噸,LEO運載能力約7.6噸。在長征八號火箭基礎上去掉助推器,SSO運載能力達到3.0噸。

制導控制

長征八號火箭的制導和控制系統由制導系統和姿態控制系統組成。

制導系統是控制火箭沿預定軌道飛行,當達到預定的運動參數,滿足有效載荷精確入軌的要求時,關閉發動機,使有效載荷按預定要求準確入軌。

姿態控制系統是穩定火箭的飛行姿態,控制火箭繞質心的轉動。姿態控制一是消除火箭飛行中的姿態角偏差,使火箭在預定的軌道上穩定飛行;二是配合制導系統完成火箭飛行的程序控制;三是配合導引系統完成橫、法嚮導引控制。

長征八號火箭突破了大靜不穩火箭主動減載控制技術,同時兼顧提升對故障的適應能力。因為長征八號火箭是組合型火箭,芯一級和助推器均採用長征七號一級狀態,結構非常強,而二子級採用長三甲三子級,結構相對比較輕薄,承載能力有限制。按照火箭的飛行軌道設計,火箭將在一、二級分離前通過南海上空稠密大氣層,西向的大風將對火箭飛行形成垂直作用力,可能對二子級不利。而採用大靜不穩火箭主動減載控制技術,長征八號火箭通過自適應減載控制,將發動機100%的推力降到77.5%,提升了輕質貯箱結構對不確定風場的適應性,通過「危險地帶」,保證發射準確入軌。

參考文獻