科技日報記者 宗詩涵
最近這段時間，中國運載火箭技術(shù)研究院長征八號系列運載火箭總設(shè)計師宋征宇正忙著準備長征八號運載火箭（以下簡稱“長八”）新一輪的發(fā)射。
今年2月11日，長征八號甲火箭（以下簡稱“長八甲”）在商業(yè)航天領(lǐng)域交出亮眼答卷——將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)低軌02組衛(wèi)星送入太空。長八甲700公里太陽同步軌道運載能力達到7噸級，與長八基本型共同組成長八系列，有力提升了我國中低軌道衛(wèi)星組網(wǎng)發(fā)射能力。
從攻克“大腦袋”火箭的飛行穩(wěn)定性難題，到打造“7天發(fā)射、7天恢復(fù)”的高效模式，宋征宇帶領(lǐng)“國家隊”在商業(yè)航天賽道爭優(yōu)創(chuàng)新。日前，他接受科技日報記者采訪，講述了長八系列背后的技術(shù)突破與團隊成長故事。
“首要解決飛行穩(wěn)定性問題”
記者：長八甲有哪些突出特點？
宋征宇：長八甲是在長八的基礎(chǔ)上，針對未來中低軌道巨型星座組網(wǎng)發(fā)射需求改進研制而成，主要目標是降低單位質(zhì)量入軌的綜合成本，實現(xiàn)高頻次發(fā)射。
在火箭構(gòu)造中，芯一級通常是火箭的主要動力來源，提供強大的初始推力，使火箭升空；芯二級則在火箭飛行過程中繼續(xù)提供動力，提升火箭飛行速度，從而將有效載荷送入預(yù)定軌道。
長八甲沿用了長八的芯一級和助推器，芯二級則采用了新研制的3.35米直徑通用氫氧末級，并可根據(jù)需求選配5.2米或4.2米直徑整流罩。
初次發(fā)射時，長八甲采用被稱為“大腦袋”的5.2米直徑整流罩，芯二級為3.35米直徑通用氫氧末級，而長八芯二級直徑是3米。長八甲的“脖子”比長八的更粗了?！按竽X袋”為衛(wèi)星提供了更大的裝載空間，稍微加粗的“脖子”不僅讓火箭外觀更加美觀，還增加了液氫和液氧的裝載量，進一步提升了火箭的運載能力。
記者：長八甲的“大腦袋”會不會影響飛行穩(wěn)定性？您和團隊如何解決這一問題？
宋征宇：采用5.2米直徑整流罩后，火箭的“腦袋”確實較大。長八甲“腦袋”整流罩與“脖子”末級的直徑比為1.55，該比值創(chuàng)長征系列火箭之最。這種特殊比例打破了傳統(tǒng)火箭的氣動布局平衡?！按竽X袋”在高空風(fēng)作用下容易晃動，而“脖子”難以有效緩沖和分散頭部晃動帶來的應(yīng)力，可能引發(fā)結(jié)構(gòu)破損，導(dǎo)致飛行任務(wù)失敗。因此，我們首要解決飛行穩(wěn)定性問題。
起初，我們認為增強“脖子”的結(jié)構(gòu)強度可以避免上述問題。不過，這會使二級結(jié)構(gòu)自重增大，犧牲運載能力。
經(jīng)過深入研究，我們發(fā)現(xiàn)如果讓火箭以迎風(fēng)姿態(tài)飛行，可大幅降低氣流橫向剪切力。于是，我們創(chuàng)新提出了自主姿態(tài)調(diào)整策略：在飛行過程中，系統(tǒng)會主動控制火箭滾轉(zhuǎn)運動，使其整體平面迎風(fēng)。同時，我們利用了長八甲的面對稱設(shè)計（兩側(cè)各捆綁一個助推器），通過兩側(cè)助推器的控制力來抵御風(fēng)干擾。這些創(chuàng)新措施不僅解決了穩(wěn)定性問題，還提高了火箭在惡劣天氣下的發(fā)射概率。
記者：在長八甲研制過程中，最難解決的問題是什么？
宋征宇：在研制過程中，最難解決的當屬天地一致性問題。由于地面實驗條件與飛行環(huán)境存在顯著差異，即便系統(tǒng)或部件順利通過地面實驗驗證，也無法保證其在真實飛行中能可靠工作。
以整流罩分離技術(shù)攻關(guān)為例。地面實驗受限于地球引力，通常只能在1個重力加速度條件下開展。為提升長八甲運載能力，我們創(chuàng)新設(shè)計了提前拋罩的飛行剖面，要求整流罩在接近4個重力加速度的大過載工況下分離。這種極端條件在地面難以精準模擬。
為解決這一問題，我們團隊首先通過力學(xué)分析建立整流罩分離的理論模型，精準識別影響天地差異的關(guān)鍵邊界條件；再將有限的地面實驗數(shù)據(jù)作為有效樣本，反向優(yōu)化理論模型中的核心參數(shù)。
不過，更大的挑戰(zhàn)在于，大過載引發(fā)的不僅是量變，還有質(zhì)變：當過載從1個重力加速度升至接近4個重力加速度，整流罩及連接結(jié)構(gòu)承受的載荷呈幾何倍數(shù)增長，可能導(dǎo)致火箭結(jié)構(gòu)變形超出預(yù)期，甚至威脅分離安全性。而這些非線性變形效應(yīng)，難以通過地面實驗完全復(fù)現(xiàn)。
這一困境，是我們面臨的眾多技術(shù)挑戰(zhàn)的縮影。在長八甲的創(chuàng)新技術(shù)體系中，約70%的新技術(shù)可通過地面實驗充分驗證，而剩余30%的新技術(shù)只能在首次飛行中驗證。這對我們團隊的風(fēng)險預(yù)判與過程把控能力提出了極高的要求。
“‘優(yōu)等生’核心特質(zhì)是可靠”
記者：2月11日長八甲首飛，拉開了長八系列高密度發(fā)射的序幕。未來，您和團隊有什么規(guī)劃或目標？
宋征宇：今年，長八系列計劃執(zhí)行10余次發(fā)射任務(wù)。同時，我們將打造“7天發(fā)射、7天恢復(fù)”的高效運作模式，以提升商業(yè)發(fā)射服務(wù)的競爭力。為實現(xiàn)這一目標，我們在海南商業(yè)航天發(fā)射場附近建設(shè)了總裝總測廠房。火箭在完成總裝和總測后，能夠直接從總裝廠進入發(fā)射場，并直接進入發(fā)射區(qū)，真正實現(xiàn)“進場即發(fā)射”，顯著提升了發(fā)射效率。
此外，我們希望通過發(fā)射長八系列火箭，進一步優(yōu)化通用氫氧末級，提升火箭運載效率。例如，我們將采用淺箱啟動和長時間滑行技術(shù)，再利用地球引力，實現(xiàn)最優(yōu)的軌道轉(zhuǎn)移。我們希望利用長八系列火箭發(fā)射的契機，突破這一關(guān)鍵技術(shù)，提升火箭的運載能力。
記者：您提到的這些規(guī)劃對長八系列發(fā)展至關(guān)重要，想要實現(xiàn)它們，離不開發(fā)射場這一關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。長八已在海南商業(yè)發(fā)射場一號工位完成首飛。圍繞新的發(fā)射場和發(fā)射塔架，團隊做了哪些工作？
宋征宇：一號工位是專門為長八系列量身打造的。這個工位采用了模塊化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，將傳統(tǒng)地下導(dǎo)流槽改成地面導(dǎo)流錐，通過雙向地面排導(dǎo)和噴水系統(tǒng)，實現(xiàn)降溫降噪。這種設(shè)計不僅節(jié)省大量建設(shè)經(jīng)費，而且使發(fā)射后恢復(fù)周期從原來的3周至4周縮短為7天。
為滿足商業(yè)航天快速響應(yīng)的需求，我們突破性采用了“新三垂測發(fā)模式”。簡單來說，這一模式就是把箭體分段垂直轉(zhuǎn)運，芯一級和助推組合體、芯二級、星罩組合體分別通過公路運輸?shù)桨l(fā)射區(qū)后完成總裝。該模式縮短了發(fā)射區(qū)的工作時間，大幅降低了轉(zhuǎn)運車輛的運輸成本。
記者：長八系列具有3A“優(yōu)等生”特點——值得信賴（Assured）、負擔得起（Affordable）和適應(yīng)性強（Adaptable）。為了讓“優(yōu)等生”保持優(yōu)勢，您和團隊還將進行哪些嘗試？
宋征宇：我認為“優(yōu)等生”核心特質(zhì)是可靠——讓用戶信賴。為提升火箭可靠性，我們主要采取以下措施：一是采用以成熟技術(shù)為核心、以快速迭代為輔助的研發(fā)模式；二是在設(shè)計過程中預(yù)留彈性空間，為潛在風(fēng)險做充分準備，最大程度保障發(fā)射任務(wù)的順利完成。除此之外，我們還加強了可制造性設(shè)計，去除一些操作難度大、制造工藝復(fù)雜的環(huán)節(jié)，使制造過程更可控、產(chǎn)品一致性更好。
“呵護年輕人的新想法”
記者：長八系列的研發(fā)，離不開一支具有極強戰(zhàn)斗力的團隊。您可否介紹下這支團隊？您最初是怎么組建起這支隊伍的？
宋征宇：在最初組建長八研發(fā)團隊時，我們主要從兩支隊伍——長征七號運載火箭研發(fā)團隊和長征二號丙運載火箭研發(fā)團隊中選拔了一批有闖勁的年輕人，平均年齡在35歲以下。
記者：在火箭研發(fā)過程中，創(chuàng)新思維至關(guān)重要。請問您是如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的年輕科研人員？
宋征宇：我認為每位青年科研人員都具備創(chuàng)新精神，但要將創(chuàng)新真正落到實處，關(guān)鍵在于呵護年輕人的新想法。當他們提出新想法時，團隊負責人最初可能會擔心風(fēng)險，害怕麻煩。如果總表現(xiàn)出這種傾向，年輕人可能會因為害怕風(fēng)險而退縮。
因此，團隊負責人首先要有擔當精神，積極鼓勵年輕人。具體來說，一方面要呵護他們的新想法，另一方面要采取有效的風(fēng)險控制手段，不能把所有壓力都壓在年輕人身上。當他們提出的方案得到認可后，在實施過程中，要請相關(guān)技術(shù)專家來把關(guān)。
以長八甲整流罩倒錐段結(jié)構(gòu)研制為例。長八甲的整流罩直徑為5.2米，芯二級直徑是3.35米，需要通過倒錐段實現(xiàn)雙直徑過渡。在火箭上升段飛行過程中，倒錐段要承受拉壓載荷和彎矩載荷等力學(xué)作用，結(jié)構(gòu)完整性直接關(guān)系飛行任務(wù)成敗。因此，倒錐段結(jié)構(gòu)設(shè)計需兼顧載荷承受能力與輕量化需求，通過精細化力學(xué)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確保其在極端工況下不發(fā)生破損。
在倒錐段結(jié)構(gòu)研制中，我們團隊的結(jié)構(gòu)設(shè)計師提出了一種通過適當變形和滑動機制緩解外部載荷的承載方案。在首次驗證該方案時，由于部件生產(chǎn)制造出現(xiàn)偏差，方案未達到預(yù)期效果。當時，我覺得這個方案不太可靠，傾向改用更傳統(tǒng)的鎖緊方案。這種傳統(tǒng)方案雖技術(shù)成熟，但會增加火箭重量以及控制裝置復(fù)雜度。
然而，年輕的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員認為我提出的方案太保守，堅持優(yōu)化原方案，強調(diào)只要控制好制造偏差就能夠保證可靠性。我雖然對此方案持保留意見，但這種主動承擔風(fēng)險的擔當精神讓我深受觸動。后續(xù)一系列實驗成功后，我最終認可了創(chuàng)新方案。
記者：請您結(jié)合自身成長經(jīng)歷，給年輕的航天人一些建議。
宋征宇：我認為，首先是要勇于探索——不要過早被各種設(shè)計準則和規(guī)范所束縛。這些標準雖然是前人經(jīng)驗的結(jié)晶，但也可能在一定程度上限制思維。我們應(yīng)以實踐為基石，在理解規(guī)范底層邏輯的前提下，進行有益的改革創(chuàng)新。如果標準規(guī)范束縛了我們的手腳，反而會起到負面作用。
其次，年輕人要放眼長遠，不要被眼前的利益所迷惑。唯有在某個專業(yè)領(lǐng)域深耕細作，其職業(yè)生涯才會長久。部分年輕人可能會因為同齡人在其他崗位快速進步，產(chǎn)生思想波動和崗位調(diào)整的沖動。其實，從長遠來看，職業(yè)發(fā)展是一場長跑，比拼的不是一時的速度，而是持續(xù)積累的耐力。
（科技日報記者付毅飛對本文亦有貢獻）
【記者手記】
捕捉宋征宇的身影，如同追趕一枚飛向云端的火箭。
在發(fā)射場震耳的轟鳴與研究院靜謐的走廊之間，他的日程被精確切割成分秒。當記者在會議室外“攔截”宋征宇時，他剛結(jié)束一場技術(shù)研討會。
宋征宇帶記者來到辦公室，準備詳談。剛關(guān)上門，便有人進來遞上待簽的文件。他保溫杯里的茶早已涼透，辦公桌上擺放著攤開的發(fā)射流程圖。
宋征宇的征途始于1995年。當同齡人還在摸索職場方向時，宋征宇已投身長征二號F火箭的研發(fā)工作。
2017年，宋征宇扛起長征八號總設(shè)計師重任。當年，在海南東郊椰林中刻下C8工位標記的青年，如今站在親手規(guī)劃的發(fā)射塔架前，見證長八甲刺破長空，將商業(yè)航天的星鏈鋪向天宇。
采訪中，宋征宇談的不僅是技術(shù)攻堅，還有對創(chuàng)新的守護：當年輕的設(shè)計師堅持用新方案挑戰(zhàn)傳統(tǒng)時，他以擔當為盾牌，護佑新芽破土。
宋征宇回憶，當他深夜在總裝廠房調(diào)試電靜壓伺服系統(tǒng)時，年輕的工程師會悄悄在他工位放上溫熱的咖啡——這是兩代航天人無需言說的默契。
“每當看到火箭尾焰照亮海南上空，我感覺一切付出都是值得的。”宋征宇說這話時，眼中閃著光。這光不僅屬于他，更屬于背后無數(shù)默默擰緊螺釘、校驗數(shù)據(jù)的航天人。當長八系列呼嘯升空，我們看到的不僅是一枚枚火箭，更是一個民族將星河夢想寫入商業(yè)篇章的壯闊宣言。而宋征宇，正是執(zhí)筆人之一。
