新火箭、新发动机、新发射场，中国航天迎来焦点一站。昨天，我国首型4米级运载火箭——长征十二号运载火箭在海南商业航天发射场成功发射，将卫星互联网技术试验卫星和技术试验卫星03星送入预定轨道。
长征十二号运载火箭是中国航天科技集团有限公司面向商业航天市场立项的新直径系列运载火箭，也是国家布局建设海南商业航天发射场执行的首次发射任务。
它由中国航天科技集团有限公司八院抓总研制，采用两级最简构型和4米级单芯级设计，全长约62米，起飞质量约430吨，一级采用4台推力1250千牛的液氧/煤油发动机，二级采用两台推力180千牛的液氧/煤油发动机。近地轨道运载能力不小于12吨、700公里太阳同步轨道运载能力不小于6吨，是我国目前运力最强的两级单芯级火箭，可根据任务需求适配5.2米、4.2米直径构型的整流罩，支持单星、多星不同轨道发射。
长征十二号运载火箭突破运用以健康诊断管理、牵制释放、与液氧相容冷氦增压、铝锂合金贮箱、"全三平"无人值守等为代表的一系列新技术，扎实提升可靠性、安全性、便捷性。
十年磨砺，与商业火箭共同成长
我国运载火箭研制初期，受运输条件限制，特别是铁路隧道运输宽度与高度的要求，长征系列中型运载火箭一直沿用3.35米箭体直径。面向太空2.0时代，即大众利用太空时代的挑战，八院研制团队一直在思考和探寻高性价比的新一代运载火箭，该项目自2020年5月完成立项，走过近五年研制攻关路。若要从最初的研发课题论起，则经过十年磨砺。
研制团队根据运载火箭演进规律提出新的评估指标——面推比，即火箭起飞推力与箭体等效截面积的比值（千牛/平方米）。高面推比，意味着火箭具有更好的提速性能，可以尽早甩开稠密大气层，减少空气摩擦力损耗，相同燃料下具备更高的运载能力。
于是，八院研制团队开始论证在单芯级构想上实现箭体直径与发动机数量的最佳适配方案，通过多次走访和调研，针对我国铁路运输路况进行限界测量，并通过与六院反复迭代论证，最终选定箭体4米级直径、安装4台我国新一代主力液氧煤油发动机YF-100J泵后摆发动机的布局设计，面推比由现役新一代运载火箭的约270千牛/平方米大幅提高至440千牛/平方米。与传统3.35米直径的运载火箭相比，可实现推进剂装填量提升30%，火箭模块的推力性能提升108%。
2022年10月，在项目地面样机阶段研制接近尾声时，我国首个商业航天发射场——海南商业航天发射场二号发射工位开工建设，作为我国首个液体通用型发射工位，其采用水平组装、水平测试、水平转运的"三平模式"，可兼容10余型液体火箭发射。
去年12月的中央经济工作会议强调"打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业"。今年，商业航天首次被写入政府工作报告，"积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎"。
面向我国商业航天的大好发展势头，八院研制团队重新审视发展形势，围绕首飞验证的坚定目标，决定采用商业模式加速火箭研制，并选派骨干人员到海南国际商业航天发射有限公司参与二号工位建设。同时，火箭的试样研制测发模式相应由"一平两垂"——"水平运输、垂直总装、垂直测试"调整为"三平"。不变的目标、变化的模式，研制团队迅速开展"三平"测发模式下的方案论证、设计和研制，争分夺秒、大力协同，在一年内如期完成火箭技术状态更改验证和整体运输起竖系统的单机研制验证，于2023年底完成首飞箭产品的总装齐套。
今年5月，经过全系统联调测试后的整体运输起竖系统运抵海南商业航天发射场二号工位，伴随着发射场系统建设开启安装和调试；6月，长征十二号遥一运载火箭完成出厂评审。同时，地面其余测试设备运抵二号工位，火箭合练试验前的安装和调试启动。
新材料新工艺为高强度高运载保驾护航
长征十二号火箭的高运载效率，得益于它身上的几大法宝。
火箭在国内首度运用与液氧相容冷氦直接增压技术，利用低温下氦气密度大的特点，大幅减少增压气瓶数量，提高增压气瓶储气效率，进一步减轻增压输送系统质量、优化火箭总装布局、缩短运载火箭总装周期。
此外，火箭创新应用大量新材料、新工艺，二级贮箱采用世界先进的第三代铝合金材料。相比一般长征系列运载火箭采用的第二代铝合金材料，结构重量减轻10%至15%、抗拉强度提升28%、屈服强度提升50%。为了使铝锂合金更好适应火箭贮箱的工作环境，团队突破面向铝锂合金的整体结构优化设计等关键技术，建成国内首个应用铝锂合金的运载火箭。这一开创性设计，使火箭在保证结构承载的同时，箭体更加轻质化，有效促进运载能力和效率的提升。
为进一步提升火箭发射可靠性，长征十二号采用新研牵制释放系统，并实现国内首次工程应用。具体来说，就是火箭在点火起飞前，牵制释放系统先将其系留在发射台上，待火箭诊断点火工作正常后，牵制释放系统可靠释放，火箭完成顺利起飞。发射升空后，智能健康诊断系统将对火箭进行实时"体检"，对采集到的火箭状态信息进行实时箭上监测和诊断，一旦发现故障，可进行故障隔离，同时实施飞行任务的重新规划，为火箭在线生成新的飞行轨迹，确保卫星准确进入原定轨道。
作者：史博臻
文：史博臻 图：孙公明 编辑：傅璐
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