面向低軌星座組網，採用牽制釋放技術，首飛成功的長十二火箭“不一樣”

【環球時報赴文昌特派記者 樊巍】11月30日夜間，我國最新研發的首型4米級運載火箭長征十二號（長十二）在海南商業航天發射場點火起飛，並順利地將衞星互聯網技術試驗衞星、技術試驗衞星03星送入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。據《環球時報》記者瞭解，該型火箭的運載效率不僅位居我國運載火箭的前列，在世界範圍內也名列前茅，該型火箭的應用將有效提高我國太陽同步軌道入軌能力和低軌星座組網能力，助力我國商業航天產業以及航天運輸體系的高質量發展。

4米級直徑有講究

長十二是由中國航天科技集團有限公司八院抓總研製的兩級構型火箭。它是我國首型4米級運載火箭，也是目前我國運載能力最強的單芯級運載火箭。據瞭解，長十二火箭全長約62米，起飛質量約430噸，近地軌道運載能力不小於12噸、700公里太陽同步軌道運載能力不小於6噸，可根據任務需求適配5.2米、4.2米直徑構型的整流罩，支持單星、多星不同軌道發射。

中國航天科技集團八院曾文花11月30日在接受《環球時報》記者採訪時介紹稱，“長十二火箭在長征系列火箭裏首創了4米級的箭體直徑，實現了大直徑、大推力、高面推比，更加有利於支撐實現火箭的高性能，達到目前國際主流水平。”

據《環球時報》記者瞭解，在我國運載火箭研製初期，受到運輸條件的限制，特別是鐵路隧道運輸寬度與高度的要求，我國的長征系列中型運載火箭一直沿用3.35米箭體直徑。但為了加快適應商業發射市場需求，有效提升運載能力，長十二火箭在國內首次採用4米級箭體直徑。更大的直徑也意味着更大的結構空間，在實現裝配更大規格發動機的同時，也能容納更多的燃料和有效載荷，可以滿足更加廣泛的發射任務需求。相較於傳統的3.35米直徑運載火箭，長十二可實現推進劑裝填量提升30%，火箭模塊的推力性能提升108%。

長十二火箭還在研製過程中首次採用與液氧相容的冷氦增壓技術，這項技術利用低温高壓下氦氣密度大的特點，實現更加高效地對煤油進行增壓，顯著減輕增壓系統的結構重量，從而大幅提升長十二火箭的運載能力。此外，長十二還是國內首個應用鋁鋰合金的運載火箭。在二級貯箱的設計中，它創新性地採用世界先進的第三代鋁合金材料——鋁鋰合金，使長十二火箭在保證結構承載的同時，箭體更加輕質化，促進運載能力和運載效率的提升。

這些創新性技術的使用，使長十二火箭的面推比提升了60%。相關技術專家介紹稱，面推比即火箭起飛推力與箭體等效截面積的比值，高面推比就意味着火箭具有更好的提速性能，可以儘早甩開稠密大氣層，減少空氣摩擦力損耗，相同燃料下具備更高的運載能力。“這就彷彿是一名身形健碩的短跑運動員，以更輕快的身姿、更輕鬆的起跑，託舉更重的載荷。”

在擁有4米級的箭體直徑後，長十二火箭還採用5.2米直徑的整流罩。曾文花表示，這也是為後續我國的星座組網任務而設計的，未來可能還會採用堆疊的衞星佈局。“星座組網的發射任務，可能會要求一軌多星，這對整流罩的要求比較高，長十二火箭也是八院首款5.2米直徑大整流罩的火箭，這使得長十二火箭在承接低軌互聯網星座發射任務時，具有一定的優勢。”曾文花稱。

為何“先點火、再釋放”

為進一步提升火箭發射可靠性，長十二火箭還創新性地採用了健康診斷管理、牽制釋放的新技術。此次任務的圓滿成功也是新研的牽制釋放系統在國內的首次工程應用。

據瞭解，此前國內運載火箭點火後，發動機均以100％推力進行發射，如果此時發動機出現異常，將無法終止發射流程。而在各類故障模式中，火箭在點火起飛段發動機發生故障的概率相對較大。為規避此類故障帶來的損失、進一步提高發射可靠性，長十二火箭首次將牽制釋放技術應用在火箭發射流程中。

中國航天科技集團八院謝立稱，長十二火箭在點火後，牽制釋放系統會先將其繫留在發射台上。火箭發動機到達75%工況時實施故障檢測和智能診斷，在0.3秒內進行快速檢測診斷，如果檢測到火箭系統出現異常，發動機就會緊急關機。在確保正常後，發動機推力達到100%，同時牽制釋放打開、連接器脱落、起豎架後倒，火箭正常起飛。發射升空後，智能健康診斷系統將對火箭進行即時“體檢”，一旦發現故障，可進行故障隔離，同時實施飛行任務的重新規劃，為火箭在線生成新的飛行軌跡，確保衞星準確進入原定軌道。

牽制釋放技術為航天科技的發展打開了新的可能，但牽制釋放機構需要極高可靠性，既要能牽住，又要能放開。中國航天科技集團趙繼亮介紹稱，這項技術歷時4年研製，可靠性試驗達到了1200次，疊加牽制性能試驗、釋放性能試驗、高低温試驗、隨機振動試驗等十餘項試驗總計達到2000次以上。

為密集發射做好準備

作為一款面向商業航天發射市場的運載火箭，長十二火箭可適應國內各大發射場。謝立介紹稱，長十二火箭在水平轉運到發射工位後可以整體起豎，起豎後進行功能測試，然後就可以進行火箭加註發射了。這種測發模式使得火箭佔據發射工位的時間相對較少，可實現高頻次發射，為我國下一步運載火箭的密集發射做好準備。“長十二遙一從進場到發射耗時21天，未來最快可以壓縮至10天左右，火箭佔據發射工位的時間只有3天。”

“長十二火箭首次對起豎系統提出了0秒快速後倒的要求。”謝立表示，長十二火箭在點火起飛時，高達70米、重達240噸的起豎系統要在10秒內完成從垂直狀態向後傾倒，然後再慢慢後倒。

據瞭解，這種設計和美國“獵鷹9”號火箭相類似，這種設計可以使連接器與起豎架一同連接在火箭上，在倒計時0秒時，起豎架快速後倒，連接器同時脱落，這樣可保證一旦發射前遇到突發狀況，需要推遲發射，連接器還連在火箭上的，還能進行推進劑卸回或是再加註的操作。

中國航天科技集團八院梁建國告訴《環球時報》記者，“長征十二號火箭論證之初就是為了商業航天而生，其以能力翻倍、低成本和高可靠等特點在眾多方案中嶄露頭角。”