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中型|长征八号首飞成功！星座组网刺激中型运载火箭发射，复用技术已在路上

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【中型|长征八号首飞成功！星座组网刺激中型运载火箭发射，复用技术已在路上】图片来源：中国运载火箭技术研究院
在灰濛天气中 ， 延期一天后 ， 12月22日中午长征八号终于顺利发射升空 。 这是长征八号的首飞 ， 也是今年长征系列火箭的收官之飞 。
长征八号700公里太阳同步轨道运载能力超过4.5吨 ， 填补了中国这一火箭产能的空白 。 同时 ， 长征八号也是中国首款可回收设计火箭 。 不过 ， 相比于美国SpaceX旗下的猎鹰9号 ， 从可重复回收技术和发射成本等方面看 ， 长征八号距离成熟地进入可重复回收商用火箭市场 ， 还有一段路要走 。
星座组网刺激中型运载火箭发射
在“模块化、系列化、组合化”的设计思路下 ， 长征八号可以类比组装“玩具” 。 3.35米直径的一子级和两枚2.25米直径的助推器取自长征七号 ， 再将长征三号甲的三子级拿来做二子级 ， 一个两级半结构的新火箭型号就出现了 。

图片来源：中国运载火箭技术研究院
整体来看 ， 长征八号全长约50.3米 ， 起飞推力约480吨 ， 700公里太阳同步轨道运载能力超过4.5吨 ， 相当于能一口气将一辆大货车发射到700公里的太空 。 此次首飞 ， 长征八号还将新技术验证七号、海丝一号、元光号、天启星座零八星、智星一号A星5颗试验性卫星准确送入了预定轨道 。
从长征三号甲系列、长征五号到长征七号、长征十一号 ， 中国运载火箭型号已然不少 ， 但长征八号有其独特之处 。
根据中国运载火箭技术研究院的介绍 ， 目前在我国新一代运载火箭中 ， 3-4.5吨太阳同步轨道发射运载能力尚存空白 ， 而长征八号则正好填补了这项空白 。
自2015年以来 ， 美国SpaceX和亚马逊、波音公司 ， 以及英国OneWeb、加拿大电信卫星公司Telesat、韩国三星、中国航天科技集团有限公司、中国航天科工集团有限公司等相继提出自建互联网卫星 ， 国内外卫星组网呈现出卫星小、数量多、组网时间短的特点 。
为了兼顾全球覆盖和低延时通信两大核心能力 ， 在设计星座计划时 ， 质量在200kg左右的小卫星成为各大公司首选 ， 星座规模也因此十分庞大 ， 比如SpaceX的“星链计划”卫星就达到了1.2万颗之多 ， 而国内组建的低轨宽带卫星星座诸如“鸿雁”“虹云”“银河”也同样需要156颗至上千颗卫星不等 。
另外 ， 由于卫星频率和轨道资源稀缺 ， 为了抢占商业先机 ， 如何在最短时间内完成组网 ， 是各大公司的急迫任务 。 不过 ， 目前进入大规模星座组网阶段的只有 SpaceX和OneWeb ， 前者发射任务由SpaceX的“猎鹰9号”运载火箭完成 ， 后者则分别选用了欧洲阿里安空间公司和英国维珍银河公司的运载火箭 。
从SpaceX和OneWeb的选择来看 ， 相比于需要发射次数多、组网效率较低的小型运载火箭以及生产和发射周期较长的大型运载火箭 ， 组网效率和研发周期适中的中型运载火箭成为了完成组网的理想方案 。
中国第一枚运载火箭长征一号是为运载东方红一号而生 ， 在1970年4月24日首飞成功 。 自20世纪70年代至80年代后期 ， 长征二号、长征三号和长征四号系列运载火箭也先后成功发射运行 。 随后 ， 为了满足大容量应用和载人飞船、空间实验室发射的需要 ， 在上述型号的基础上 ， 长征二号E、长征二号F、长征三号甲、长征三号乙、长征四号甲和长征四号乙等型号的运载火箭也被研制出来 。
2001 年 ， 中国运载火箭技术研究院提出新一代火箭的运载能力、推进剂种类、级数以及设计原则（即高可靠、低成本、低污染、模块化、通用化） ， 以长征五号、长征七号为代表的新一代“长征”系列火箭陆续发射 。
2016年11月 ， 大型运载长征五号在西昌卫星发射中心首飞成功 ， 成为中国运载能力最大的火箭 。 而为满足小卫星发射需求研发的长征十一号 ， 虽操作简单、发射成本低、发射周期短 ， 但700公里太阳同步轨道运载能力仅为350KG 。
长征七号虽同样为中型运载火箭 ， 其低轨道运载能力13.5吨 ， 700公里太阳同步轨道运载能力达5.5吨 ， 于2016年首发成功 ， 计划逐步替代现有的长征二号、三号、四号系列 ， 并承担中国80%左右的发射任务 ， 但遗憾的是 ， 今年3月 ， 在将长征七号改中型运载火箭后 ， 首飞失利 。
2020年至今 ， 中国是全球火箭发射次数第二多的国家 ， 共发射38次 ， 去年则为34次 ， 而未来国内发射需求显然还在上涨 。 面对庞大的发射需求 ， 尤其是急速增长的微小卫星组网发射需求 ， 长征八号的出现填补了这一火箭产能空白 。
一航天产业业内人士向时代财经表示 ， “长征八号瞄准的是国内200KG左右低轨小卫星以及国际上小微卫星的发射市场 ， 一些民营火箭公司比如星际荣耀、星河动力也在做相关的工作 ， 民营公司与它实际上是竞争对手 。 但长征八号肯定相对成熟一些 ， 它是有可能挤压民营火箭公司市场的 。 ”
可重复回收：新兵VS神枪手
除了700公里太阳同步轨道运载能力超过4.5吨的表现 ， 长征八号还值得一提的是 ， 它将是国家队首款可回收设计火箭 ， 同时也是中国所有火箭中 ， 首个未开展全箭模态试验的中大型火箭 。
不同于其他火箭 ， 长征八号采用周期短、费用低的虚实结合模态分析技术 ， 这使得长征八号为后续其它大型、重型火箭的模态综合技术奠定基础 ， 也可以大幅缩短研制周期、降低研制费用、提升研制效率 。
长征八号2018年4月转入工程研制阶段工作 ， 2020年10月完成出厂评审 。 “从型号开始论证到首飞火箭具备出厂条件 ， 仅用时2年多 ， 这在新一代运载火箭研制的历史上是不多见的 。 ”中国运载火箭技术研究院长征八号运载火箭总设计师宋征宇介绍道 。
另外 ， 长征八号中 ， 还有很多技术也都是首次应用 。 比如发动机推力调节技术、火箭主动减载控制技术等 。
宋征宇表示 ， 此次任务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 。 在未来发展中 ， 长征八号火箭会将可重复使用技术、智慧火箭作为发展的重点之一 ， 在飞行中不断摸索 ， 积累飞行子样 。
不过宇航科普作家程亦之表示 ， 目前长征八号仍属于消耗型 ， 未来将研发成熟版长征八号R型 ， 预计2025年前后实现一级与助推器整体垂直回收及重复使用 ， 成为中国国家队发射的第一款复用回收火箭 。
“长八研发团队目前还处在前期准备阶段 ， 距离实战测试还有一大段路程 ， 距离成熟掌握商业复用技术更需要一段很长的路 。 ”程亦之认为 。
虽然火箭回收设想早已有之 ， 但真正将之成为现实的 ， 最早来自5年前SpaceX对一级火箭的首次成功回收 。 如今SpaceX的火箭回收技术已逐渐娴熟 ， 12月18日 ， SpaceX公司刚用“猎鹰9号”火箭将美国国家侦察办公室（NRO）一颗军用卫星送入太空 ， 完成了该公司今年的第26次发射 。
程亦之对时代财经表示 ， 长征八号和猎鹰9号都采用垂直回收模式 ， 返航着陆技术应该大同小异 ， 关键在于能否全面掌握火箭精确制导、导航定位、推力控制、姿态控制、机载AI算力等等 。 略有不同的是 ， 长八属于一级半捆绑结构整体垂直回收 ， 猎鹰9号属于一级单体火箭垂直回收 ， 这对发动机推力控制、箭体姿态控制会有不同要求 。
“两款火箭运力不在同一量级 ， 长征八号最大运力8.4吨 ， 属于中型火箭（2～20吨） ， 猎鹰9号最大运力22.8吨属于重型火箭（20～50吨） ， 长八主打SSO太阳同步轨道卫星 ， 猎鹰9号从LEO到GTO通吃 ， 即使小微卫星市场也不放过 ， 通过共乘模式将发射价低至100万美元 。 ”
上述业内人士亦表示 ， 从成本和技术水平看 ， 长征8号和猎鹰9号仍有差距 。 程亦之分析指出 ， 猎鹰9号利用高复用模式 ， 其整箭市场发射价最低可达2800万美元（发射自家星链1500万美元） 。 而刚刚首飞的长八 ， 目前尚未公布发射价 ， 估计消耗型火箭可能在3000万美元上下 。 不过 ， 随着回收复用的实现 ， 发射价会逐步走低 ， 复用次数与发射折扣价成正比 。
他认为 ， 在“神枪手”猎鹰9号面前 ， 长征八号像是刚摸了两天枪的新兵 。 “两者不在同一阶段 ， 猎鹰9号从5年前实现首次商用发射回收、成熟掌握回收技术 ， 至今60个月总计成功回收70次 ， 平均26天回收一次 。 长八回收版目前还处在原型机前期设计阶段 ， 相当于猎鹰9号原型机蚱蜢的设计阶段 ， 距离娴熟掌握回收技术至少还要数年 。 ”
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