進入21世紀10年代，中國的航天事業在載人航天、北鬥導航、嫦娥探月等方面取得了顯著進展，這又推動了衛星套用產業的蓬勃發展。與此同時，全球各國對資源探測、科學實驗衛星以及低軌域微小衛星系統組網的需求也在快速增長。這些衛星大多在太陽同步軌域執行，因此國際衛星發射服務市場對這方面的需求也在兇猛增長。中國自2015年以來已經成功研制出長征五號、長征六號、長征七號等一系列新一代火箭，但每款火箭都有其特定的定位和使命，且三款新型火箭的運載能力尚未覆蓋太陽同步軌域衛星的全部範圍。例如，長征六號火箭的只適合發射質素在500千克以下的700千米高度的太陽同步軌域衛星，而長征七號火箭的太陽同步軌域的運載能力卻高達5.5噸，它們中間缺少一款運載能力在3~4.5噸左右的中型火箭。長征八號火箭就是針對這一需求研制的。
長征二號F火箭和長征八號火箭的主要研制者宋征宇
2017年長征八號火箭正式立項開始研制，之前在神舟載人飛船發射任務中做出重要貢獻的宋征宇被任命為總設計師。
「趕超世界先進水平」的航天夢想
1970年6月，宋征宇出生在江蘇靖江的一個知識分子家庭，由於此時「東方紅一號」衛星成功發射的熱度還沒有過去，所以父母給他取了「征宇」的名字，希望他長大後能夠「征服宇宙」，沒想到後來他真的與航天事業「結緣」。小時候的宋征宇並沒有對自然科學表現出多大的興趣，相反卻酷愛文學。每個星期天他會去書攤租幾本連環畫，坐在角落裏靜靜的坐看一天。小學三年級時，宋征宇參加的一場「看圖作文」比賽，由於寫的太投入，只完成了三幅圖中的一篇作文，但就是這一篇作文也獲得了三等獎。上初中時，宋征宇最大的「小動作」就是在自修課上偷偷的看金庸的武俠小說，那些金戈鐵馬，兒女情長，快意江湖的故事讓他流連忘返。然而即使「不務正業」，也沒有影響他的學習，他依然還是那個名列前茅的學霸。
宋征宇老師做客浙江大學
上高中後，宋征宇逐漸「轉了性子」，對理科表現出濃厚的興趣，以「征服」一道道難題為樂趣。由於數學成績特別優秀，高中畢業時，他被保送到浙江大學流體傳動與控制專業學習。1992年宋征宇放棄保送讀浙大碩士研究生的機會，毅然報考了中國運載火箭技術研究院的「飛行器控制、制導與仿真」專業的研究生。在實習期間，宋征宇參觀酒泉衛星發射中心時，恰逢一次發射任務失敗。參與研制人員鍥而不舍的精神以及控制大廳墻上那句「一定要在不遠的將來趕上和超過世界先進水平 」的標語，讓他深受感動。他意識到，國家培養人才不易，決心留在火箭院，傾盡全力幫助中國航天早日實作「趕超世界先進水平」的夢想。
為「神箭」打造可靠的控制系統
1995年宋征宇進入火箭院的時候，正是中國載人航天工程開始實施的時候，與之配套的專門用來發射神舟飛船的長征二號F火箭也在緊鑼密鼓研制中。宋征宇在第一任總設計師劉竹生院士的帶領下，參與了長征二號F火箭控制系統的研制。2004年宋征宇被任命為長征二號F火箭的副總設計師，主持了火箭控制系統的研制。長二F火箭一開始就是以「載人」為目的研制的，「載人航天，人命關天 」是宋征宇經常提醒年輕人的一句話，也是他竭盡全力要提高火箭可靠性和安全性的動力。
長征二號F火箭
要實作這個目標，首先要有研制一個可靠的控制系統，宋征宇帶領團隊為長二F火箭設計了一套模擬化的「故障自檢」系統，火箭在起飛後，檢測系統開始工作，如果發現故障就會馬上將這些有問題的器材功能「隔離」起來，由其他器材來代替完成這些功能。為了避免出現漏報、錯報的問題，宋征宇又展開了大量的故障仿真與模擬試驗，為故障自檢系統設制出1287種有可能出現的故障狀態，來檢測它的可靠性。透過反復實驗，反復修正，最終排除了漏報、錯報的可能。自檢系統如果發現故障比較嚴重，火箭就會啟動逃逸模式，逃逸塔會迅速拽著軌域艙和返回艙與火箭分離，將航天員帶到安全地區。除此之外長二F火箭還配備了可以傳輸影像資訊數據的遙測系統，它和故障自檢系統配合，可以使火箭的安全性和可靠性更高。
正是有了宋征宇設計的高可靠性的控制系統，使長二F火箭的可靠性達到0.97，安全性達到0.997，兩項指標均處於國際領先水平。長二F火箭從1999年研制成功後，就連續多年執行了神舟一號至神舟九號飛船的所有發射任務，宋征宇帶領團隊在每次發射後對火箭存在的缺陷做了一次次修改，使它的效能不斷提升，尤其是在2003年10月15日，楊利偉乘坐神舟五號的那次發射前，宋征宇將長二F火箭的可靠性指標提高到0.98。多年來長二F火箭發射沒有出現一次失誤，成功率為100%的，獲得了「神箭」的稱號。在長征五號、長征八號、長征九號等火箭還沒有定型穩定前，長征二號F火箭依然是天宮空間站建設的主要運載工具。
中國太空第一人楊利偉搭乘長征二號F火箭實作中國人的飛天夢
「快八」火箭憑什麽能夠「快 」
2014年以後，隨著長二F火箭技術的愈發成熟和穩定，宋征宇的工作壓力也有所減輕，44歲的他又回到母校為自己充電，用4年的時間完成了浙江大學「電子與資訊」學科的工程博士學位。在攻讀博士期間，宋征宇又擔任了長征五號和長征七號火箭型號的副總設計師，由於工作再次變得繁忙，他不得不三天兩頭坐飛機來往於北京與杭州之間。2017年，宋征宇又被任命為長征八號火箭的總設計師。
長征八號火箭又被稱為「快八」火箭，這不僅僅是因為它的速度快，更在於這款火箭的研制速度也快。從2017年5月正式立項研制，到2020年12月16日首次成功發射，只用了3年多時間。看過我前面幾期文章的朋友一定會知道，長征系列的其他運載火箭的研制時間一般在十年左右，那麽這款火箭的研制時間為什麽這麽快呢？這是因為宋征宇等人在在研制「快八」火箭時直接套用了其他長征火箭的許多成熟技術。比如長八火箭的一子級采用了長征七號火箭的芯一級，而二子級則用了長三甲火箭的第三級。另外長征六號火箭的數碼化控制的「健康診斷」、「叠代制導」、「無人值守」等新技術也被直接用在了長八火箭上。
組裝中的長征八號火箭
除了直接運用現有的成熟技術外，長八火箭還是中國第一枚在研制中，透過數學建模與仿真獲取全箭動特性參數的中大型液體火箭。這樣做就省去了用實物火箭大量做試驗，獲取火箭參數的環節，既節省了成本，又縮短了研制時間。透過數學模型和現有的成熟技術，就可以透過數學分析，獲得最佳的設計方案。為了使建立的數學模型更加合理精確，宋征宇將研制團隊分成幾個獨立的隊伍，讓他們各自計算分析，建立模型，透過優中選優，選出比較合理的數學模型，最後再透過虛實結合的仿真模態綜合實驗，進一步完善模型。
當然，長八火箭並不完全是基於前代火箭的成熟技術。宋征宇和他的團隊在研制過程中，也運用了很多創新技術，其中最重要的一項就是火箭的可回收技術。以往絕大多數火箭在飛出大氣層後不久，其一級和助推器會與二級脫離，然後被遺棄在太空中，或者掉落至大氣層中被迅速燒掉。火箭的一級和助推器占火箭成本的70%，如果能回收並重復利用，將極大降低成本，但是回收的難度很大。
模擬長征八號R火箭回收的圖片
可回收火箭的技術突破
目前，只有美國的馬斯克的太空探索技術公司（SpaceX）研制的「獵鷹9號」火箭能夠實作回收和重復利用。「獵鷹9號」火箭的一級有9台發動機，其中有一台具有二次啟動、反向推動火箭的能力。火箭升至幾十千米高度後，一節火箭分離，自動調整姿態後，反推發動機啟動，利用剩余的一點兒燃料推動火箭一級返回大氣層。這時一節火箭頂部的柵格舵、當熱板等裝備開啟，就會降低火箭自由下落的速度，以免火箭在大氣摩擦下燒毀。最後火箭在落地前就會張開四個撐腳，穩穩地落在海面的接應船上。
這項技術的難點主要在於「如何能夠使火箭保留最後一點燃料，反推它回到地球重力範圍內」，業界稱之為「火箭發動機節流」技術。以往火箭點火後，再難控制它的「火勢」，燃料就會一次性燒光，但是宋征宇和他的團隊卻掌握了「節流」技術。最開始的「節流」技術是為了應對大風區對火箭的影響。由於長八火箭的二級是用了長三甲的三級做的，所以結構相對比較輕薄。當它上升到八九千米對流層頂端的大風區時，平行刮起的大風可能對火箭的二級造成破壞，而這種破壞力與火箭的速度成正比，所以最好在大風區給火箭降一下速度。宋征宇透過多次實驗論證，采用了「大靜不穩火箭主動減載控制技術」，使火箭的推力在不影響升空的前提下，下降了25%，即實作了75%的節流。雖然這比「獵鷹9號」火箭45%的節流技術還差的很遠，但我們透過技術創新，已經掌握了這項核心技術。
模擬長征八號R火箭回收的圖片
火箭發動機節流技術對中國運載火箭的意義
近兩年，宋征宇和隊員們透過不懈的努力，將節流效果提高到65%，並且將它運用到長征八號R型火箭上。這款改進的長八火箭近地軌域的有效載荷為7.8噸，太陽同步軌域的運載力大約為5噸，地球同步轉移軌域的運載力為2.8噸，適合目前套用最廣泛的衛星發射任務。長征八號R火箭的芯一級和助推器分別使用了2台和1台120噸級的液氧煤油發動機，具備65%的節流能力，可以在空中2次啟動。目前宋征宇正帶領團隊進一步研制降低發動機的節流效果以及完善火箭垂直起降等能力，相信用不了多久，我們也會有自己的可回收、且能反復使用的長八火箭。到時候這項技術肯定要在所有服役的長征火箭上套用，到那時候中國的航天運載成本將會大大降低，在國際市場上也會更加具有競爭力。
長八火箭自研制成功後，雖然只執行了兩次發射任務，但每次都是以一箭多星的方式發射。2020年12月22日，長八火箭首次發射，就將海絲一號、天啟星座12星等5顆質素較大的衛星送上了各自的太陽同步軌域；2022年02月27日，改進的長八火箭又將泰景三號1星、泰景四號1星、天啟星座19星等22顆衛星送到了預定軌域。由於長征八號R型火箭已經具備回收利用的能力，因此有理由相信，未來中國的航天運載方面將會出現更多價廉物美的「神箭」。2022年9月，宋征宇研制的火箭發動機節流等技術獲得了國家科學技術進步獎特等獎1項、一等獎2項。
長征八號火箭發射前的出征儀式
對年輕人的寄望
如今宋征宇才54歲，正處於事業的黃金時期，相信他在未來會有更多的建樹。他以頑強拼搏、銳意創新的精神，為中國航天事業鑄造了兩把強大的倚天「神箭」——長征二號F火箭和長征八號火箭，基本上實作了「趕超世界先進水平」的願望，但他仍然沒有松懈，並且希望有更多的年輕人投身航天事業。2017年宋征宇應邀為浙大學生講座時，深情地鼓勵年輕人：「中國航天事業仍需繼續努力，堅持走獨立自主的發展路線，東施效顰是沒有出路的。我們現在已經很努力，但我們還需要更深入的研究，因為不是你努力了就會馬上有成果。目前，中國已經成為航天大國，但和航天強國仍有差距，也正是這些不足激勵著一代又一代航天人不斷學習，向世界先進水平學習，並且不斷補充新鮮血液，繼續傳承著偉大的航天精神。 」
工作中的宋征宇老師
他的講話充滿了對航天事業的熱愛和執著，也激勵著年輕一代勇敢去追求夢想，為祖國的繁榮昌盛貢獻自己的力量。讓我們銘記宋征宇老師的功勞和教誨，堅定信心，砥礪前行，共同書寫中華民族光明的未來！
