种草中国航天——植树节发射任务亮点
作者：微信文章春天的气息愈发深厚，当然海南早已热的跟蒸笼一样了。3月12日，今天，也是植树节，凌晨0时38分，“国产鸽王”长征八号运载火箭在海南商业航天发射场1号发射工位点火起飞，以一箭18星的投掷形式，成功将千帆星座第五批组网卫星成功送入预定轨道。本次任务是海南商业发射场1号工位的首飞任务。本次发射也是长征系列运载火箭的第563次飞行，可喜可贺。
虽然去年受台风影响又因为技术因素导致已预约年底收官战的长征八号推迟到今天，上一篇文章中笔者也对长征八号火箭刷经验的进度颇有微词，不过按照既定计划，长八确实是国家队在千帆组网任务中的主力，日后发射频率必然提升，大概也能跻身我国首款量产液体运载火箭吧（长三乙和长二丙确实还属于作坊手搓的生产模式）。今天趁着话题热度，把本次发射任务的亮点来简单聊聊：
一、长八系列火箭：被寄予厚望的中型火箭
“长征八号”是为我国太阳同步轨道及低轨道大型星座组网发射任务而设计和研制的中型低温液体运载火箭，包括基本型和单芯级两个构型，其中基本型采用两级半串并联构型，芯一级与芯二级串联、两枚助推器与芯一级并排捆绑，基本型去掉两枚助推器即为单芯级构型。
该箭芯一级和助推器主动力采用YF100液氧煤油发动机，其中芯一级配备2台YF100，单枚助推器配备1台YF100，单台海平面推力约120吨，海平面比冲约300秒，芯二级主动力采用2台YF75氢液氧发动机，单台真空推力约8.5吨，真空比冲438秒。
执行本次任务的长八火箭，采用的是捆绑两个助推器的基本构型，这也是我国首个推进器非轴对称构型的火箭。“长征八号”基本型，整箭高50.34米，一级直径3.35米、二级直径3米、助推器直径2.25米，配备外径4.2米、高度12米整流罩，整箭起飞质量356吨，起飞推力约480吨，近地轨道（LEO）运载能力8.1吨，700千米太阳同步轨道（SSO）运力5.5吨。
长八系列火箭通过灵活的构型选择，形成了较大的运力区间，任务适应性较强。同时，该箭具备执行地球低、中、高轨和深空发射任务的能力，运载能力较为全面。该箭二级发动机具备二次启动能力，能支持异轨多星直送入轨发射任务。
总师宋征宇先生对该精品的评价是“长征八号系列火箭在1100公里轨道的组网发射任务优势突出”、“运载效率和运载能力在国内同等规模中型运载火箭中名列前茅”、“能大批量生产，可高密度发射”。
事实亦如此:长征八号1100km运载效率达到2%，可靠性达到0.98。当然，凡事作比较都要找对象，谈结果必先问前提。在实现火箭复用之前，成本和产能跟猎鹰和联盟号是没得比了，发射频次除了看生产线更要看发射场保障能力，这个稍后会谈及。
长八更多的还是聚焦用于极轨（SSO）卫星发射任务，而且具有很大优势。其运载能力高于长征12号。相对于美国现役主力火箭猎鹰9，抛开重复使用带来的巨大红利，单论发射频次与运载能力，都有很大差距。猎鹰9已实现了每年65发，长八在2025年想实现突破10发的目标还是有很大挑战性的。
二、海南商业发射场：太空竞赛新舞台
与莱阳海上发射场固体火箭放窜天猴的玩法不同，海南商发显然更阔绰，陆基发射场规模宏大，保障能力也强，毕竟液体火箭的运载能力、技术保障需求与大号窜天猴不可同日而语。
为了适应日益增长的卫星组网需求，海南国际商业航天发射中心两个工位都按照每年发射16次设计，1号工位是为了现在最成熟的长征八号火箭去设计的，2号工位是为9个厂商的十几型火箭去设计的。
不过显然不够用，即便达到14天的周期，不计台风影响，每年极限达到25次发射任务的量，真的与星座组网的需求差太多。
三、商业发射场1号工位：聚焦高效、实用、实惠
我们不妨先回顾一下我国航天发射工位的演进沿革。
我国早期航天发射场采用的组装发射模式是“两塔分工合作”模式，酒泉、西昌早期的工位都采用过龙门形活动式勤务塔与发射工位（脐带塔）共同完成发射任务的方案。后来，酒泉、太原、西昌三大基地由都建设了“两塔合一”的发射工位，在一个塔架就能完成组装、测试、加注燃料、发射，发射流程相对更简化，经济型也更强。
酒泉的载人发射场和文昌发射场一期则使用了“三垂一远”的发射模式，火箭与载荷首先在技术区的航天器装配大楼（VAB） 组装、测试，完全具备发射条件后才将“火箭－载荷－脐带塔（或底座载具）”组合体垂直整体运往发射区加注发射。美国的土星五号、航天飞机都是采用的这种模式，火箭装配、测试操作的环境更好，转运过程中箭体与载荷状态不再发生大的变化，更适用于大型火箭与复杂任务，发射台占用时间短，发射频率理论上也有提升。此方案的不足之处，在使用中也有暴露，无论在酒泉还是西昌，转运过程真的是“靠天吃饭”，而且西北和海南的风都很有性格，或“飞沙走石”或“狂风暴雨”......
本次任务中，长八火箭创新采用新三垂测发模式，其中，垂直转运过程中，箭体被分为三段转运，芯一级助推组合体、芯二级箭体、星罩组合体分别以垂直状态，由公路运输至发射区。火箭在发射区完成垂直总装、测试和发射，具备“7天发射、7天恢复”的测发能力，两发火箭间隔周期可压缩至14天。
不过笔者觉得去年年底刚完成首发任务的2号发射工位将成为最繁忙的工位，商发2号工位我国首个通用中型液体工位，适配3.35—5米范围内直径近20个型号火箭的发射需求，采用水平组装、水平测试、水平转运的“三平”快速测发模式，火箭转场工位最快3天可发射，发射后最长7天可恢复状态，10天周期，已经比肩俄罗斯“三平”发射的速度了。
据中国运载火箭技术研究院（航天一院）官方宣传报道：海南商发1号工位按照起飞质量600吨级火箭进行设计规划，具备液氧/煤油、液氢/液氧推进剂加注能力，总体上可满足3350毫米芯级+4个2250毫米助推构型火箭的发射需求。
而新工位的亮点也颇多： 1.地面导流装置 之前文昌发射场航天发射时的底座是脐带塔下方的特种车辆，而这次长征八号好像踩着的“小板凳”就是一个固定的底座，使用地面导流装置代替传统的导流槽，不再地面挖掘深坑，而是将装置直接安装在地面上，和发射台连接固定。本次发射使用的导流装置尺寸约为11.4米×10.5米×4.5米，等效约60米×15米×25米的传统导流槽深坑。更重要的是建设工程量和周期最大程度得到了精简。
2.挤压式喷水系统降温、降噪
不同于中国其他发射工位依靠位于发射塔顶的水箱喷水来降温、降噪，海南商发1号工位采用挤压式喷水系统，与发射台、导流装置一体化设计，主要由水罐和压力罐组成，水罐安置于地面，无需提前用泵将水送至塔顶，压力罐可实时调控水压，该系统15秒可释放500吨水。
3.加注作业后、前端实现无人值守
海南商发1号工位实现了在火箭加注后临发射前8.5小时前端无人值守。发射台、摆杆、回转平台、喷水系统等发射流程自动化，加注和供气的流量、压力实现自动调节，并在大厅内屏幕展示实时数据，反映工作状态。若数据异常，系统将发出提醒，同时，人员通过后端操作即可迅速响应，视情决定是否去前端解决问题，既节约了人力资源，又提升了安全性。
4.两级液氧全过冷加注
在预冷、大流量加注、停放和补加过程中均采用低于90K（常规液氧温度）的液氧。在液氧库区采用与传统发射场相似设计，安装一级过冷器，在发射塔上增设二级过冷器，再次对液氧进行降温，减少经过管道传输后的液氧温度上升造成的影响，提高液氧密度，增加箭体内液氧加注量，据报道，此创新举措可提升火箭10%的运载能力。
5.测控系统自主可控
这就有点揭短了，据官媒报道的意思就是：“海南商发1号工位基于VPX架构的测控系统软件由北京航天发射技术研究所自主开发，系统所有硬件均为国产化产品，软硬件100%自主可控，确保了技术的独立性和安全性。”
小结
作为中国首个进入正式组网阶段的巨型低轨商业卫星星座，千帆星座计划分三期建设：一期部署648颗卫星，提供区域网络覆盖；二期部署1296颗卫星，实现全球网络覆盖；三期规划超过1.5万颗卫星，提供多元融合服务。此次发射是“千帆星座”的第五批次组网任务，“千帆星座”在轨卫星数量已达90颗。近期已完成的所有组网卫星发射均采用“一箭十八星”模式，表明我国平板式卫星堆叠“一箭多星”技术已实现常态化应用。
“长征八号”系列火箭专为低轨星座、低倾角卫星及小型电推进高轨卫星等设计，主要承担太阳同步轨道（SSO）载荷的发射任务。过去，“长征四号”系列运载火箭是SSO轨道发射任务的主力，但其3吨的SSO运力确实已难以应对当今各类功能越来越复杂的性能越来越强大的卫星日益增长的重量和体积。而“长征七号”担负着“天舟”货运飞船专属快车的重任。所以又将原“长征七号”的子型号之一进行单独发展，从而诞生了SSO运力超4.5吨的“长征八号”。
总之呢，一次迟到但又令人欢欣鼓舞的发射，凡事都有个过程，从无到有，从慢到快，小步快跑，百花齐放，星座组网是大工程，更是大市场，市场需求催生新技术，新技术才能提升大运力，运载火箭的性能决定了我们航天事业的作为，同时海南文昌也为火箭搭建了精致的舞台，一齐加油吧！
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