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香港輕新聞特約編輯,軍武 / 科普愛好者
升空中的長征十號乙型火箭。(網絡圖片)
根據現場消息,長征十號乙型第一次發射,已於正午12時15分順利升空,任務取得圓滿成功,搭載的載荷("新星計劃"CX-26號實驗衛星)正確入軌之餘,子一級火箭亦進行了正式的回收作業,且第一次發射就回收成功。長征十號運載火箭在2021年才通過論證(長征十號乙型甚至是去年才立項),5年內就作第一次試飛且實現固收系統,速度實在不低。
長征十號乙型運載火箭(代號 CZ-10B) 是中國航天科技集團一院研製的5米芯級直徑、兩級可重複使用的大型液體運載火箭,其也使用了特殊的兩級制,第一級合共7台YF-100K煤油液氧發動機,但第二級就用上空間推進優化的YF-219甲烷液氧發動機。就現時所知本箭的低軌道的可回收運力為16噸,不回收時未知(可能達20-25噸)。
長征十號乙型和獵鷹9型的對比,SPACEX當初選擇採用3.6米箭身,本來就是減低開發困難度的考慮,而且對於大部分衛星載塔而言,3.6米火箭也夠用,不過這對於更往後大型載荷的發射而言,重心、載荷艙空間和長度就成了限制。比如韋伯望遠鏡其實只有六噸,最終NASA選擇由歐洲阿里安5號發射而非獵鷹9或重獵鷹,一個很重要的原因是他們的載荷艙冗餘空間太小。(網絡圖片)
最重要的是這箭身直徑達到五米,空間也能容納更大型的衛星載荷,而且有潛力使用更大型(6-7米)的載荷整流罩,搭載更大型的衛星並重覆使用。過去獵鷹9型雖然實際運力至少達25噸級,但礙於原始設計火箭直徑只有3.6米,且箭身更高,載荷艙整流罩雖然達5.2米但較短,在搭載大型載荷時會有重心問題,所以在體積限制上比較大。長征10乙至少可在同級載重下有更大的搭載空間。
SpaceX獵鷹9海上助推器回收用的無人操作浮躉平台(左),及藍色起源新格倫火箭用、排水量1.3萬噸大型平台Jacklyn,兩者都是除了在低海況下能自適應的降落平台外,沒有任何輔降設施,著船的火箭也需要「自備腳架」……(圖片來自連結1及連結2)
另外,關於回收火箭方面,長征10號乙型亦有自己獨到之處。美國是此前唯一實現海上回收的國家,而當中兩家公司的無人降落平台除了一個有人及一個無人外,其實都差不多,都是讓火箭完成任務後飛來並打開著陸架自主降落,並無任何機器輻助。中國建設的領航者號火箭回收船領航者號比較像新格倫的Jacklyn,但排水量大3000噸,達1.8萬噸,而且還是全無人操作,能自主穩定及進行自動對接。長征十號的芯一級火箭減速並到達大型降落塔上方時,降落鈎會自動打開,降落塔的控制系統會操作四組線纜並組成井字型,讓火箭降落到井字正中位置,並鈎緊線纜,由線纜的鬆緊控制降落速度,此時引擎亦可熄火。由於沒有燃料的火箭乾重大約40噸左右,加上鋼架有固定器,在較高海況下也可安全回港。
開拓者號正在把已收回的一級火箭運回海南島的基地,整修後會在11月左右再次使用。(網絡圖片)
整個降落片段,不過是由降落塔下方往上拍攝,可以看到井字形縄纜在什麼時候操作的。
這套降落系統在結構不太複雜,而且火箭本身不用裝大型降落腳架,其實更節省重量,讓火箭較輕也可多帶更多載荷(五米直徑火箭所需降落架,只會比獵鷹9的2.5噸更重不會更輕)。當然,這降落系統似乎也只適用於中型和中重型火箭的回收,要是更重型火箭的回收而重量或長度超出系統負荷時,恐怕就無能為力了。
當然,第一次真正成功似乎不算什麼,因為離完全成熟尚有不少距離,至少要兩至三年才有可靠的運用能力,還要有比較密集的發射次數才能明顯減輕成本。不過基於現時中國多種可回收再用火箭都有類似設計,失敗或成功的經驗都可回饋到其他火箭一樣,比如長征十甲第一箭就有吸取「只差臨門一腳」的朱鵲三號和長征十二號乙型的問題,在隔熱層作進一步強化。而事實上,這支只裝了五個引擎(而非完全體的七個),其實也反饋了更多數據或可能要改善的問題給火箭制作方,方才有今天的成功。
2024年發射的長征十二號首箭。這也是YF-100K火箭引擎首次投入使用,其使用情況和數據又回饋長征十號系列,這也是長征十號系列首發就完滿成功的重要原因之一。(網絡圖片)
有人問登月用的長征10系列的母型能否趕上計劃?這是個好問題,雖然長征10登月型的初號箭可能要2028年才能測試,不過其子系統的研發甚至早在十多年前就開始了,這也是長征10號系列研發的特別之處。
事實上,當2015年開始研發YF-100K煤油液氧發動機時,長征10號計劃還是沒半點踪影。這火箭引擎原本只是針對重覆使用多次而開發的(當時甚至YF-100都才剛定型,經過數年測試並被正式列入長征10號的選用引擎後,2024年終於開始生產且先派給至少六支火箭(長征12型)作為主引擎用。長期以來,引擎動力都是航天火箭最易出問題的地方,而這種登月火箭引擎的提前使用,
長征十號系列,這裏還未展示規劃中的丙型(9引擎版本,運力30-35噸級)和可能出現的長征十重載運貨型,需要留意的是,除長征十芯一級火箭可能較長外,大家的第一級/綑綁助推段構型和結構都是一樣的,甚至連引擎數都一樣。(網絡圖片)
另外,長征十號最先推出的反而子型的甲型和乙型,實也有點異曲同工之妙,兩型共同一種助推火箭,這對日後長征10的發展更為有利,因為其一級火箭本來就是長征10十型三聯裝第一級芯級火箭/助推火箭,長征十型正式開始試射前,兩型子型火箭至少也有6-8次任務,其試射數據也能成為長征十的寶貴經驗,「走少很多彎路」。
奇特的是,推進器頂上的燃大概是降落前十秒最後減速時才冒出來,但降落後沒多久就漸漸熄滅,估計其中有些東西熱力過高但因為空氣不足而沒能起火,到減速時空氣流通了才起明火悶燒,但可能因為體積不大或滅火系統起作用,又自己自滅了。(圖片來自X賬戶@理智π)
總體來說,首射就接近完滿成功,在火箭發展史上也是比較罕見的,不過考慮到上述情況,尤其是最複雜動力系統不但有經年發展,在裝上長征十號乙型前更是經多次的使用,其實已有相當的成熟度,這似乎也為長征十系列尤其是登月型開了個好頭。
當然,今次似乎是有些小險情,可回收助推段降落時,明顯有煙由助推段上方冒出,到完全停定後才慢慢熄滅。由片段顯示這團煙更多是在降落前的最後減速階段才明顯化。這團煙若果不是頂部有排出多餘燃料和液氧的洩壓裝置,就有可能是第二節脫離後、姿勢調整火箭點火調頭時燒著另一些東西,至速度大減時黑煙就明顯起來,但其熱力並未到燒穿隔壁的地步,火箭才能安全降落。雖然原因仍然要排查,但似乎不是甚麼致命問題,很好改正。
題外話,長征十系列雖然使用同一助推器,但根據長征10系列的研究人員接受訪問指,未來一段時間長征十甲會用最新生產的助推器(因為要載人和載貨去天宮),助推器回收後會轉給十乙做商業發射,用到報廢為止,十甲暫時也不會用舊火箭,大概要等完全成熟後才會用發射數少的。(網絡圖片)
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