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本文近似於CZ-8的綜述,但實際是一篇報告的刊印版,內容很豐富,我只挑大家最關注的重點,全文到我們網站去下載:

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開篇,CZ-8(圖1)以SSO軌道為主,兼顧LEO和GTO軌道。

CZ-8一共有兩種構型,分別為帶助推器的CZ-8和不帶助推器的CZ-8A。每種構型的火箭又分為兩種配置:CZ-8/ZH和CZ-8/RH,分別代表組合型和融合型。其中組合型是由繼承型號的艙段組合而成,面向高附加值的衛星發射;而融合型則面向競爭更為激烈的商業衛星發射市場,為打造低成本、高可靠、易使用的運載工具而改進設計。

說白了,從圖2可見,目前發射的是純採用長七系列芯一級、助推器和長三甲系列氫氧三級,以最快首飛為目的,攢拼而成的一款火箭,從立項到首飛僅用了3年,可謂神速。

但拼起來的火箭並不代表簡陋,文中列舉了現有和未來多項技術升級和創新。其中尤以未來的融合型為新,在快捷製造、系統整合、快響發射、自主無人值守、簡化對發射場要求等方面開展了大量創新,下面舉例說明:

首先,在效能下降可承受的情況下選擇價格更經濟、焊接效能更好的鋁合金,即選用5A06鋁合金,原材料成本大幅降低。好嘛。。。馬摳摳還在橫行霸道,又來了個宋摳摳。

在貯箱筒段中均採用機械銑實現筒段壁板上網格加筋的精細化生產,但加工週期較長、對裝置要求高。(而且廢料率很高,以前是化學銑削,現在是機加工銑削)如採用光筒殼方案,加工週期顯著縮短;雖然帶來貯箱自重的增加,但對運載能力的損失僅為200kg左右。經綜合評估,該方案可以在CZ-8/RH構型上實施。

這一段嘛,如圖3的某德州水塔廠無良老闆看後直呼——好兄弟一起走。

貯箱底一體成型,不再用焊接瓜瓣,相關新聞發過不少了,不贅述,如圖4。

地面一體化測發控:精簡發射場崗位人員、自動化測控方案、自主故障處理,如圖5。

實現“運輸即發射”(shipandshoot),整箭運輸,火工品、電子產品、發動機隨箭運輸。取消靶場的裝置安裝和測試。像獵鷹9一樣可以帶著發動機包起來到處跑,如圖6

CZ-8將首次實現從低溫流動開始(-8h)前端發射區無人值守。在發射日-12~-8h之間,前端發射區僅需6人進行煤油相關的加註與撤收工作。

CZ-8主制導方法將仍是迭代制導,面對迭代制導不能應對的飛行故障,CZ-8將研發線上動態軌跡規劃技術。尋找一條能夠使衛星留軌的軌道,稱之為救援軌道;衛星留軌後,可以利用自身的變軌能力嘗試進入預定軌道,如圖7。

不恰當類比,就像一個老司機在開車,車子突然爆胎了,CZ-8作為老司機可以馬上算出合適的路線把車子開到應急車道上停車待援,而不像老火箭按照原有方向一股腦繼續開或者衝出馬路。

無論是解析解還是直接數值求解,效率和求解收斂性都不能滿意。所以提出了一個狀態觸發目標函式的策略進行高效線上求解。

CZ-8R基於CZ-8現有的火箭動力系統配置,透過發動機推力適度調節和多次點火實現垂直著陸,為長征火箭的重複使用進行關鍵技術的演示驗證。CZ-8R採用集束式回收方案,即助推器和芯一級不分離一併回收,其優點是:回收效率大幅提升,用一套回收裝置實現3個模組的回收,這些模組的成本佔火箭總成本的70%;集束式回收使得回收物件的自重大幅增加,降低了對發動機推力調節深度的需求;透過不同發動機的分時點火,降低了對單臺發動機點火次數的需求。如圖8所示,這一塊我在之前微博進行過分析,結論和該文基本一致。

給出了集束式回收方案相對於只回收芯一級的優勢所在,獵鷹9這種光桿火箭不涉及這個問題。但其實如果是集束式回收方案的話,長八R本質上也是個兩級火箭。

回收流程上,不用多說,和獵鷹9基本一致,見圖9,圖10中的BC和DE段實際就是“爆破9”火箭的entry burn和landing burn。

宋總羅列了CZ-8R回收將要攻克的技術難題,如圖11,這其實也是爆破9當年的難題,而且只多不少。覺得“爆破9”回收沒有技術難度的,可以來看看這一段。文中明確提到了YF-100的節流能力有限,所以和爆破9的結局類似,落地前都是推重比大於1,無法懸停,著陸過程是“老鷹撲羊”的一錘子買賣。

我們的著陸腿見圖12,嗯,你懂的,採用4套對稱分佈的倒三角式著陸腿設計,每個著陸支腿由一根主腿和兩個副腿組成,主腿內採用鋁蜂窩式的雙向緩衝吸能。

文中設想了一個箭體質量40 t,發動機最大推力1200 kN,發動機比衝300 s的回收工況,這其實很可能就是CZ-8R的回收工況,並以推力調節範圍為考察變數.

經過模擬後,得出了結論——著陸發動機節流能力越強,回收方案的餘量(裕量)和可靠性就越高,控制精度要求就越粗。這一下子就印證了,“爆破9”的Merlin-1D為什麼死命搞這麼高的節流深度。反過來是變相提高回收成功率,事實上現在任務的高回收成功率也印證了這個結論。

說到CZ-8R的回收演算法上,估計大家都都猜到了,典型的凸最佳化,如圖13,這套最早地外天體著陸制導演算法,最終完美支撐了獵鷹9的回收研發過程。具體可以參見SpaceX現任著陸制導技術負責人Lars Blackmore的blog,有趣的是Blackmore明確稱他現在正在負責星艦(Starship)的制導技術研發。

希望CZ-8R的進度加快,2025年有些晚了。

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