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长征8号暗藏玄机:能发射火车厢那么大的侦察卫星

(2017-03-08 11:53:03)
分类: 百家争鸣
2016年展出的CZ-8火箭模型,它捆绑两个2米直径固体助推器

2016年《深空探测学报》第4期发表了秦旭东、龙乐豪和容易合写的论文《我国航天运输系统成就与展望》,文中除了提到现有的老一代运载火箭和正在陆续试射新一代运载火箭,还提到了计划发展的新型号,其中就有被称为新一代中型中低轨火箭的CZ-8火箭。2017年2月底,中国运载火箭研究院宇航部部长李同玉也向外界正式透露,该院正在研制新一代CZ-8中型运载火箭,最早可在2018年底执行首次发射任务。(微信号:品味观天下)

 


CZ-8火箭捆绑两个固体助推器,SSO轨道运力4.5吨可以发射大型中低轨道卫星

李同玉部长表示,该院的CZ-8运载火箭使用模块化设计,充分利用了现有型号的成熟模块,它将使用CZ-7火箭的芯一级,芯二级使用CZ-3A系列火箭的三子级,此外它还将捆绑2个2米直径的固体助推器。新的CZ-8火箭主要用于发射中低轨道的载荷,它的运载能力为近地轨道/LEO为7.6吨,太阳同步轨道/SSO为4.5吨,此外它还可以用于发射同步转移轨道/GTO的卫星,GTO轨道运载能力为2.5吨。据称CZ-8火箭将显著降低中低轨道的发射成本,在商业航天发射市场上具有光明的前景。龙乐豪院士的论文还提到,CZ-8火箭基础上去掉助推器,太阳同步轨道运载能力仍有约3吨。

CZ-8运载火箭的出现并不意外,它是航天科技集团一院(运载火箭研究院)和八院争夺太阳同步轨道任务的产物。早在2013年CZ-7运载火箭总师范瑞祥和同事容易合写的论文《我国新一代中型运载火箭的发展展望》中,就提到了CZ-7火箭的各种衍生构型,其中除了已经发射过的CZ-7基本型(CZ-724),还有发射SSO轨道的CZ-720/722/724(HO)等三种型号,它们就是CZ-8火箭现有构型的前身。范瑞祥总师的论文中提到要优先发展CZ-7基本型、CZ-720(HO)、CZ-722S(HO)和CZ-734四种构型的火箭,中间两种构型就是今年新闻提到的CZ-8火箭。

现役长征火箭的SSO轨道运载能力从900千克到2950千克不等,无法满足更大卫星的发射需求

CZ-8火箭主要用于发射SSO轨道的卫星,目前我国发射SSO轨道的火箭包括一院的CZ-2C、八院的CZ-2D、CZ-4B和CZ-4C火箭,其中CZ-2C火箭发射到700公里高度SSO轨道的运力约为900千克,CZ-2D约为1.1吨,而CZ-4B和CZ-4C作为三级火箭运力大得多,分别达到了约2.3吨和约2.9吨。CZ-8火箭基本型相应运力将达到约4.5吨,明显高于现役运载火箭,倒是去掉了2个固体助推器的CZ-8火箭衍生型运力约3吨,和现役的CZ-4C基本相当。无论从火箭升级换代的角度说,还是从研制的难度和复杂性上说,研制无助推型CZ-8火箭也就是原来说的CZ-720(HO)火箭似乎都是更合理的选择,但运载火箭研究院的选择恰好相反,他们首先研制的是双固体助推器的CZ-8火箭构型,也就是原来的CZ-722S(HO)型号。为什么CZ-8火箭研制中要舍近求远呢?这种反常的行为,实际上另有奥妙。

风云三号卫星质量1.5吨,又没有研制3吨以上新一代卫星的计划,无需为此研制更大运力的火箭

运载火箭的发展都源自实际需求,中国也不例外,比如CZ-5/5B火箭,前者是探月工程三期的月球取样返回探测器和新一代大质量通信卫星推动的,后者则是发射921三期的空间站舱段的需求。CZ-8火箭上马,而且首先研制更大运力的双助推型号,自然也是出现了对更大运力的需求。我们都知道SSO轨道卫星主要包括是遥感卫星和气象卫星,后者我国新一代的FY-3气象卫星质量只有1.5吨,短期内也没有更新的大质量SSO轨道气象卫星出现,那么对CZ-8火箭的需求自然来自前者,也就是对地观测的遥感卫星。

资源三号卫星重约2.7吨,未来的新一代卫星只会更大更重

我国的遥感卫星平台中,既有新发射的高景一号这样重量约500多千克的小型商业遥感卫星,也有大型军用高分辨率光学卫星。根据国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心的官方数据,资源三号卫星发射重量约2.7吨,综合历史资料判断这几乎是我国最大的遥感卫星平台,但随着技术进步和对高分辨率卫片需求的增加,我国必然研制具备更高分辨率的更大的遥感卫星,它们的体积重量也水涨船高。

法国太阳神2号侦察卫星,700公里高度分辨率可达0.3米,换算300公里高度可达0.15米以下

美国WorldView-3卫星最高分辨率0.3米,重量已经达到了2.8吨,我国卫星平台和光学遥感技术水平略差,同样指标下卫星质量只会更大,法国的太阳神2号卫星可能是更好的参照物。太阳神2号卫星是法国军方订购的高分辨率光学遥感卫星,它的最高分辨率约为0.3米,卫星工作在距离地面约700公里的SSO轨道上,发射质量约4.2吨。太阳神2号卫星的光学系统性能足以媲美KH-12遥感卫星,只不过它运行在更高的轨道上(700公里对300公里),所以最高分辨率比KH-12卫星低。

未来CZ-8火箭投入使用后,我国也将发射性能类似KH-12的大型锁眼卫星

以法国的太阳神2号卫星推断,我国类似的0.3米或是更高分辨率的遥感卫星,发射重量也将超过4吨,这大概是研制CZ-8火箭的直接动力。除了新一代光学遥感卫星,大型合成孔径雷达卫星、类似美国第三代“白云”卫星的海洋监视卫星,也都需要CZ-8这样更大运力的运载火箭发射,至于3吨以下的卫星,可以用现有的CZ-4B/C火箭发射,所以无助推器的CZ-8构型反而不着急。简而言之,双助推的CZ-8运载火箭的露面并非偶然,它实际上是中国新一代大质量遥感卫星即将出现的标志。CZ-8火箭2018年底首次发射后,它必将用于发射中国版的KH-12侦察卫星,让中国太空侦察能力提高到比肩美国的水平。

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