首飞成功的长十二火箭“不一样”

本报赴文昌特派记者 樊 巍
11月30日夜间，我国最新研发的首型4米级运载火箭长征十二号（长十二）在海南商业航天发射场点火起飞，并顺利地将卫星互联网技术试验卫星、技术试验卫星03星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。据《环球时报》记者了解，该型火箭的运载效率不仅位居我国运载火箭的前列，在世界范围内也名列前茅，该型火箭的应用将有效提高我国太阳同步轨道入轨能力和低轨星座组网能力，助力我国商业航天产业以及航天运输体系的高质量发展。

长十二火箭发射。（亓创 摄）

矗立在海南商发二号发射工位的长征十二运载火箭（樊巍 摄）

4米级直径有讲究
长十二是由中国航天科技集团有限公司八院抓总研制的两级构型火箭。它是我国首型4米级运载火箭，也是目前我国运载能力最强的单芯级运载火箭。据了解，长十二火箭全长约62米，起飞质量约430吨，近地轨道运载能力不小于12吨、700公里太阳同步轨道运载能力不小于6吨，可根据任务需求适配5.2米、4.2米直径构型的整流罩，支持单星、多星不同轨道发射。
中国航天科技集团八院曾文花11月30日在接受《环球时报》记者采访时介绍称，“长十二火箭在长征系列火箭里首创了4米级的箭体直径，实现了大直径、大推力、高面推比，更加有利于支撑实现火箭的高性能，达到目前国际主流水平。”
据《环球时报》记者了解，在我国运载火箭研制初期，受到运输条件的限制，特别是铁路隧道运输宽度与高度的要求，我国的长征系列中型运载火箭一直沿用3.35米箭体直径。但为了加快适应商业发射市场需求，有效提升运载能力，长十二火箭在国内首次采用4米级箭体直径。更大的直径也意味着更大的结构空间，在实现装配更大规格发动机的同时，也能容纳更多的燃料和有效载荷，可以满足更加广泛的发射任务需求。相较于传统的3.35米直径运载火箭，长十二可实现推进剂装填量提升30%，火箭模块的推力性能提升108%。
长十二火箭还在研制过程中首次采用与液氧相容的冷氦增压技术，这项技术利用低温高压下氦气密度大的特点，实现更加高效地对煤油进行增压，显著减轻增压系统的结构重量，从而大幅提升长十二火箭的运载能力。此外，长十二还是国内首个应用铝锂合金的运载火箭。在二级贮箱的设计中，它创新性地采用世界先进的第三代铝合金材料——铝锂合金，使长十二火箭在保证结构承载的同时，箭体更加轻质化，促进运载能力和运载效率的提升。
这些创新性技术的使用，使长十二火箭的面推比提升了60%。相关技术专家介绍称，面推比即火箭起飞推力与箭体等效截面积的比值，高面推比就意味着火箭具有更好的提速性能，可以尽早甩开稠密大气层，减少空气摩擦力损耗，相同燃料下具备更高的运载能力。“这就仿佛是一名身形健硕的短跑运动员，以更轻快的身姿、更轻松的起跑，托举更重的载荷。”
在拥有4米级的箭体直径后，长十二火箭还采用5.2米直径的整流罩。曾文花表示，这也是为后续我国的星座组网任务而设计的，未来可能还会采用堆叠的卫星布局。“星座组网的发射任务，可能会要求一轨多星，这对整流罩的要求比较高，长十二火箭也是八院首款5.2米直径大整流罩的火箭，这使得长十二火箭在承接低轨互联网星座发射任务时，具有一定的优势。”曾文花称。
为何“先点火、再释放”
为进一步提升火箭发射可靠性，长十二火箭还创新性地采用了健康诊断管理、牵制释放的新技术。此次任务的圆满成功也是新研的牵制释放系统在国内的首次工程应用。
据了解，此前国内运载火箭点火后，发动机均以100％推力进行发射，如果此时发动机出现异常，将无法终止发射流程。而在各类故障模式中，火箭在点火起飞段发动机发生故障的概率相对较大。为规避此类故障带来的损失、进一步提高发射可靠性，长十二火箭首次将牵制释放技术应用在火箭发射流程中。
中国航天科技集团八院谢立称，长十二火箭在点火后，牵制释放系统会先将其系留在发射台上。火箭发动机到达75%工况时实施故障检测和智能诊断，在0.3秒内进行快速检测诊断，如果检测到火箭系统出现异常，发动机就会紧急关机。在确保正常后，发动机推力达到100%，同时牵制释放打开、连接器脱落、起竖架后倒，火箭正常起飞。发射升空后，智能健康诊断系统将对火箭进行实时“体检”，一旦发现故障，可进行故障隔离，同时实施飞行任务的重新规划，为火箭在线生成新的飞行轨迹，确保卫星准确进入原定轨道。
牵制释放技术为航天科技的发展打开了新的可能，但牵制释放机构需要极高可靠性，既要能牵住，又要能放开。中国航天科技集团赵继亮介绍称，这项技术历时4年研制，可靠性试验达到了1200次，叠加牵制性能试验、释放性能试验、高低温试验、随机振动试验等十余项试验总计达到2000次以上。
为密集发射做好准备
作为一款面向商业航天发射市场的运载火箭，长十二火箭可适应国内各大发射场。谢立介绍称，长十二火箭在水平转运到发射工位后可以整体起竖，起竖后进行功能测试，然后就可以进行火箭加注发射了。这种测发模式使得火箭占据发射工位的时间相对较少，可实现高频次发射，为我国下一步运载火箭的密集发射做好准备。“长十二遥一从进场到发射耗时21天，未来最快可以压缩至10天左右，火箭占据发射工位的时间只有3天。”
“长十二火箭首次对起竖系统提出了0秒快速后倒的要求。”谢立表示，长十二火箭在点火起飞时，高达70米、重达240吨的起竖系统要在10秒内完成从垂直状态向后倾倒，然后再慢慢后倒。
据了解，这种设计和美国“猎鹰9”号火箭相类似，这种设计可以使连接器与起竖架一同连接在火箭上，在倒计时0秒时，起竖架快速后倒，连接器同时脱落，这样可保证一旦发射前遇到突发状况，需要推迟发射，连接器还连在火箭上的，还能进行推进剂卸回或是再加注的操作。
中国航天科技集团八院梁建国告诉《环球时报》记者，“长征十二号火箭论证之初就是为了商业航天而生，其以能力翻倍、低成本和高可靠等特点在众多方案中崭露头角。”