11月30日夜間，我國(guó)最新研發(fā)的首型4米級(jí)運(yùn)載火箭長(zhǎng)征十二號(hào)（長(zhǎng)十二）在海南商業(yè)航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火起飛，并順利地將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星、技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星03星送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，該型火箭的運(yùn)載效率不僅位居我國(guó)運(yùn)載火箭的前列，在世界范圍內(nèi)也名列前茅，該型火箭的應(yīng)用將有效提高我國(guó)太陽(yáng)同步軌道入軌能力和低軌星座組網(wǎng)能力，助力我國(guó)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)以及航天運(yùn)輸體系的高質(zhì)量發(fā)展。
長(zhǎng)十二火箭發(fā)射。（亓創(chuàng) 攝）
4米級(jí)直徑有講究
長(zhǎng)十二是由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司八院抓總研制的兩級(jí)構(gòu)型火箭。它是我國(guó)首型4米級(jí)運(yùn)載火箭，也是目前我國(guó)運(yùn)載能力最強(qiáng)的單芯級(jí)運(yùn)載火箭。據(jù)了解，長(zhǎng)十二火箭全長(zhǎng)約62米，起飛質(zhì)量約430噸，近地軌道運(yùn)載能力不小于12噸、700公里太陽(yáng)同步軌道運(yùn)載能力不小于6噸，可根據(jù)任務(wù)需求適配5.2米、4.2米直徑構(gòu)型的整流罩，支持單星、多星不同軌道發(fā)射。
中國(guó)航天科技集團(tuán)八院曾文花11月30日在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)介紹稱，“長(zhǎng)十二火箭在長(zhǎng)征系列火箭里首創(chuàng)了4米級(jí)的箭體直徑，實(shí)現(xiàn)了大直徑、大推力、高面推比，更加有利于支撐實(shí)現(xiàn)火箭的高性能，達(dá)到目前國(guó)際主流水平�！�
據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，在我國(guó)運(yùn)載火箭研制初期，受到運(yùn)輸條件的限制，特別是鐵路隧道運(yùn)輸寬度與高度的要求，我國(guó)的長(zhǎng)征系列中型運(yùn)載火箭一直沿用3.35米箭體直徑。但為了加快適應(yīng)商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)需求，有效提升運(yùn)載能力，長(zhǎng)十二火箭在國(guó)內(nèi)首次采用4米級(jí)箭體直徑。更大的直徑也意味著更大的結(jié)構(gòu)空間，在實(shí)現(xiàn)裝配更大規(guī)格發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)，也能容納更多的燃料和有效載荷，可以滿足更加廣泛的發(fā)射任務(wù)需求。相較于傳統(tǒng)的3.35米直徑運(yùn)載火箭，長(zhǎng)十二可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑裝填量提升30%，火箭模塊的推力性能提升108%。
長(zhǎng)十二火箭還在研制過(guò)程中首次采用與液氧相容的冷氦增壓技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)利用低溫高壓下氦氣密度大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更加高效地對(duì)煤油進(jìn)行增壓，顯著減輕增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)重量，從而大幅提升長(zhǎng)十二火箭的運(yùn)載能力。此外，長(zhǎng)十二還是國(guó)內(nèi)首個(gè)應(yīng)用鋁鋰合金的運(yùn)載火箭。在二級(jí)貯箱的設(shè)計(jì)中，它創(chuàng)新性地采用世界先進(jìn)的第三代鋁合金材料鋁鋰合金，使長(zhǎng)十二火箭在保證結(jié)構(gòu)承載的同時(shí)，箭體更加輕質(zhì)化，促進(jìn)運(yùn)載能力和運(yùn)載效率的提升。
這些創(chuàng)新性技術(shù)的使用，使長(zhǎng)十二火箭的面推比提升了60%。相關(guān)技術(shù)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，高面推比就意味著火箭具有更好的提速性能，可以盡早甩開稠密大氣層，減少空氣摩擦力損耗，相同燃料下具備更高的運(yùn)載能力�！斑@就仿佛是一名身形健碩的短跑運(yùn)動(dòng)員，以更輕快的身姿、更輕松的起跑，托舉更重的載荷�！�
在擁有4米級(jí)的箭體直徑后，長(zhǎng)十二火箭還采用5.2米直徑的整流罩。曾文花表示，這也是為后續(xù)我國(guó)的星座組網(wǎng)任務(wù)而設(shè)計(jì)的，未來(lái)可能還會(huì)采用堆疊的衛(wèi)星布局�！靶亲M網(wǎng)的發(fā)射任務(wù)，可能會(huì)要求一軌多星，這對(duì)整流罩的要求比較高，長(zhǎng)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(zhǎng)十二火箭在承接低軌互聯(lián)網(wǎng)星座發(fā)射任務(wù)時(shí)，具有一定的優(yōu)勢(shì)�！痹幕ǚQ。
矗立在海南商發(fā)二號(hào)發(fā)射工位的長(zhǎng)征十二運(yùn)載火箭（樊巍 攝）
為何“先點(diǎn)火、再釋放”
為進(jìn)一步提升火箭發(fā)射可靠性，長(zhǎng)十二火箭還創(chuàng)新性地采用了健康診斷管理、牽制釋放的新技術(shù)。此次任務(wù)的圓滿成功也是新研的牽制釋放系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的首次工程應(yīng)用。
據(jù)了解，此前國(guó)內(nèi)運(yùn)載火箭點(diǎn)火后，發(fā)動(dòng)機(jī)均以100％推力進(jìn)行發(fā)射，如果此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異常，將無(wú)法終止發(fā)射流程。而在各類故障模式中，火箭在點(diǎn)火起飛段發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障的概率相對(duì)較大。為規(guī)避此類故障帶來(lái)的損失、進(jìn)一步提高發(fā)射可靠性，長(zhǎng)十二火箭首次將牽制釋放技術(shù)應(yīng)用在火箭發(fā)射流程中。
中國(guó)航天科技集團(tuán)八院謝立稱，長(zhǎng)十二火箭在點(diǎn)火后，牽制釋放系統(tǒng)會(huì)先將其系留在發(fā)射臺(tái)上�；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)75%工況時(shí)實(shí)施故障檢測(cè)和智能診斷，在0.3秒內(nèi)進(jìn)行快速檢測(cè)診斷，如果檢測(cè)到火箭系統(tǒng)出現(xiàn)異常，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)緊急關(guān)機(jī)。在確保正常后，發(fā)動(dòng)機(jī)推力達(dá)到100%，同時(shí)牽制釋放打開、連接器脫落、起豎架后倒，火箭正常起飛。發(fā)射升空后，智能健康診斷系統(tǒng)將對(duì)火箭進(jìn)行實(shí)時(shí)“體檢”，一旦發(fā)現(xiàn)故障，可進(jìn)行故障隔離，同時(shí)實(shí)施飛行任務(wù)的重新規(guī)劃，為火箭在線生成新的飛行軌跡，確保衛(wèi)星準(zhǔn)確進(jìn)入原定軌道。
牽制釋放技術(shù)為航天科技的發(fā)展打開了新的可能，但牽制釋放機(jī)構(gòu)需要極高可靠性，既要能牽住，又要能放開。中國(guó)航天科技集團(tuán)趙繼亮介紹稱，這項(xiàng)技術(shù)歷時(shí)4年研制，可靠性試驗(yàn)達(dá)到了1200次，疊加牽制性能試驗(yàn)、釋放性能試、高低溫試驗(yàn)、隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)等十余項(xiàng)試驗(yàn)總計(jì)達(dá)到2000次以上。
為密集發(fā)射做好準(zhǔn)備
作為一款面向商業(yè)航天發(fā)射市場(chǎng)的運(yùn)載火箭，長(zhǎng)十二火箭可適應(yīng)國(guó)內(nèi)各大發(fā)射場(chǎng)。謝立介紹稱，長(zhǎng)十二火箭在水平轉(zhuǎn)運(yùn)到發(fā)射工位后可以整體起豎，起豎后進(jìn)行功能測(cè)試，然后就可以進(jìn)行火箭加注發(fā)射了。這種測(cè)發(fā)模式使得火箭占據(jù)發(fā)射工位的時(shí)間相對(duì)較少，可實(shí)現(xiàn)高頻次發(fā)射，為我國(guó)下一步運(yùn)載火箭的密集發(fā)射做好準(zhǔn)備。“長(zhǎng)十二遙一從進(jìn)場(chǎng)到發(fā)射耗時(shí)21天，未來(lái)最快可以壓縮至10天左右，火箭占據(jù)發(fā)射工位的時(shí)間只有3天�！�
“長(zhǎng)十二火箭首次對(duì)起豎系統(tǒng)提出了0秒快速后倒的要求。”謝立表示，長(zhǎng)十二火箭在點(diǎn)火起飛時(shí)，高達(dá)70米、重達(dá)240噸的起豎系統(tǒng)要在10秒內(nèi)完成從垂直狀態(tài)向后傾倒，然后再慢慢后倒。
據(jù)了解，這種設(shè)計(jì)和美國(guó)“獵鷹9”號(hào)火箭相類似，這種設(shè)計(jì)可以使連接器與起豎架一同連接在火箭上，在倒計(jì)時(shí)0秒時(shí)，起豎架快速后倒，連接器同時(shí)脫落，這樣可保證一旦發(fā)射前遇到突發(fā)狀況，需要推遲發(fā)射，連接器還連在火箭上的，還能進(jìn)行推進(jìn)劑卸回或是再加注的操作。
中國(guó)航天科技集團(tuán)八院梁建國(guó)告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，“長(zhǎng)征十二號(hào)火箭論證之初就是為了商業(yè)航天而生，其以能力翻倍、低成本和高可靠等特點(diǎn)在眾多方案中嶄露頭角�！�
