进入21世纪10年代，中国的航天事业在载人航天、北斗导航、嫦娥探月等方面取得了显著进展，这又推动了卫星应用产业的蓬勃发展。与此同时，全球各国对资源探测、科学实验卫星以及低轨道微小卫星系统组网的需求也在快速增长。这些卫星大多在太阳同步轨道运行，因此国际卫星发射服务市场对这方面的需求也在凶猛增长。中国自2015年以来已经成功研制出长征五号、长征六号、长征七号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，且三款新型火箭的运载能力尚未覆盖太阳同步轨道卫星的全部范围。例如，长征六号火箭的只适合发射质量在500千克以下的700千米高度的太阳同步轨道卫星，而长征七号火箭的太阳同步轨道的运载能力却高达5.5吨，它们中间缺少一款运载能力在3~4.5吨左右的中型火箭。长征八号火箭就是针对这一需求研制的。
长征二号F火箭和长征八号火箭的主要研制者宋征宇
2017年长征八号火箭正式立项开始研制，之前在神舟载人飞船发射任务中做出重要贡献的宋征宇被任命为总设计师。
「赶超世界先进水平」的航天梦想
1970年6月，宋征宇出生在江苏靖江的一个知识分子家庭，由于此时「东方红一号」卫星成功发射的热度还没有过去，所以父母给他取了「征宇」的名字，希望他长大后能够「征服宇宙」，没想到后来他真的与航天事业「结缘」。小时候的宋征宇并没有对自然科学表现出多大的兴趣，相反却酷爱文学。每个星期天他会去书摊租几本连环画，坐在角落里静静的坐看一天。小学三年级时，宋征宇参加的一场「看图作文」比赛，由于写的太投入，只完成了三幅图中的一篇作文，但就是这一篇作文也获得了三等奖。上初中时，宋征宇最大的「小动作」就是在自修课上偷偷的看金庸的武侠小说，那些金戈铁马，儿女情长，快意江湖的故事让他流连忘返。然而即使「不务正业」，也没有影响他的学习，他依然还是那个名列前茅的学霸。
宋征宇老师做客浙江大学
上高中后，宋征宇逐渐「转了性子」，对理科表现出浓厚的兴趣，以「征服」一道道难题为乐趣。由于数学成绩特别优秀，高中毕业时，他被保送到浙江大学流体传动与控制专业学习。1992年宋征宇放弃保送读浙大硕士研究生的机会，毅然报考了中国运载火箭技术研究院的「飞行器控制、制导与仿真」专业的研究生。在实习期间，宋征宇参观酒泉卫星发射中心时，恰逢一次发射任务失败。参与研制人员锲而不舍的精神以及控制大厅墙上那句「一定要在不远的将来赶上和超过世界先进水平 」的标语，让他深受感动。他意识到，国家培养人才不易，决心留在火箭院，倾尽全力帮助中国航天早日实现「赶超世界先进水平」的梦想。
为「神箭」打造可靠的控制系统
1995年宋征宇进入火箭院的时候，正是我国载人航天工程开始实施的时候，与之配套的专门用来发射神舟飞船的长征二号F火箭也在紧锣密鼓研制中。宋征宇在第一任总设计师刘竹生院士的带领下，参与了长征二号F火箭控制系统的研制。2004年宋征宇被任命为长征二号F火箭的副总设计师，主持了火箭控制系统的研制。长二F火箭一开始就是以「载人」为目的研制的，「载人航天，人命关天 」是宋征宇经常提醒年轻人的一句话，也是他竭尽全力要提高火箭可靠性和安全性的动力。
长征二号F火箭
要实现这个目标，首先要有研制一个可靠的控制系统，宋征宇带领团队为长二F火箭设计了一套模拟化的「故障自检」系统，火箭在起飞后，检测系统开始工作，如果发现故障就会马上将这些有问题的设备功能「隔离」起来，由其他设备来代替完成这些功能。为了避免出现漏报、错报的问题，宋征宇又展开了大量的故障仿真与模拟试验，为故障自检系统设制出1287种有可能出现的故障状态，来检测它的可靠性。通过反复实验，反复修正，最终排除了漏报、错报的可能。自检系统如果发现故障比较严重，火箭就会启动逃逸模式，逃逸塔会迅速拽着轨道舱和返回舱与火箭分离，将航天员带到安全地区。除此之外长二F火箭还配备了可以传输图像信息数据的遥测系统，它和故障自检系统配合，可以使火箭的安全性和可靠性更高。
正是有了宋征宇设计的高可靠性的控制系统，使长二F火箭的可靠性达到0.97，安全性达到0.997，两项指标均处于国际领先水平。长二F火箭从1999年研制成功后，就连续多年执行了神舟一号至神舟九号飞船的所有发射任务，宋征宇带领团队在每次发射后对火箭存在的缺陷做了一次次修改，使它的性能不断提升，尤其是在2003年10月15日，杨利伟乘坐神舟五号的那次发射前，宋征宇将长二F火箭的可靠性指标提高到0.98。多年来长二F火箭发射没有出现一次失误，成功率为100%的，获得了「神箭」的称号。在长征五号、长征八号、长征九号等火箭还没有定型稳定前，长征二号F火箭依然是天宫空间站建设的主要运载工具。
中国太空第一人杨利伟搭乘长征二号F火箭实现中国人的飞天梦
「快八」火箭凭什么能够「快 」
2014年以后，随着长二F火箭技术的愈发成熟和稳定，宋征宇的工作压力也有所减轻，44岁的他又回到母校为自己充电，用4年的时间完成了浙江大学「电子与信息」学科的工程博士学位。在攻读博士期间，宋征宇又担任了长征五号和长征七号火箭型号的副总设计师，由于工作再次变得繁忙，他不得不三天两头坐飞机来往于北京与杭州之间。2017年，宋征宇又被任命为长征八号火箭的总设计师。
长征八号火箭又被称为「快八」火箭，这不仅仅是因为它的速度快，更在于这款火箭的研制速度也快。从2017年5月正式立项研制，到2020年12月16日首次成功发射，只用了3年多时间。看过我前面几期文章的朋友一定会知道，长征系列的其他运载火箭的研制时间一般在十年左右，那么这款火箭的研制时间为什么这么快呢？这是因为宋征宇等人在在研制「快八」火箭时直接应用了其他长征火箭的许多成熟技术。比如长八火箭的一子级采用了长征七号火箭的芯一级，而二子级则用了长三甲火箭的第三级。另外长征六号火箭的数字化控制的「健康诊断」、「迭代制导」、「无人值守」等新技术也被直接用在了长八火箭上。
组装中的长征八号火箭
除了直接运用现有的成熟技术外，长八火箭还是我国第一枚在研制中，通过数学建模与仿真获取全箭动特性参数的中大型液体火箭。这样做就省去了用实物火箭大量做试验，获取火箭参数的环节，既节省了成本，又缩短了研制时间。通过数学模型和现有的成熟技术，就可以通过数学分析，获得最佳的设计方案。为了使建立的数学模型更加合理精确，宋征宇将研制团队分成几个独立的队伍，让他们各自计算分析，建立模型，通过优中选优，选出比较合理的数学模型，最后再通过虚实结合的仿真模态综合实验，进一步完善模型。
当然，长八火箭并不完全是基于前代火箭的成熟技术。宋征宇和他的团队在研制过程中，也运用了很多创新技术，其中最重要的一项就是火箭的可回收技术。以往绝大多数火箭在飞出大气层后不久，其一级和助推器会与二级脱离，然后被遗弃在太空中，或者掉落至大气层中被迅速烧掉。火箭的一级和助推器占火箭成本的70%，如果能回收并重复利用，将极大降低成本，但是回收的难度很大。
模拟长征八号R火箭回收的图片
可回收火箭的技术突破
目前，只有美国的马斯克的太空探索技术公司（SpaceX）研制的「猎鹰9号」火箭能够实现回收和重复利用。「猎鹰9号」火箭的一级有9台发动机，其中有一台具有二次启动、反向推动火箭的能力。火箭升至几十千米高度后，一级火箭分离，自动调整姿态后，反推发动机启动，利用剩余的一点儿燃料推动火箭一级返回大气层。这时一级火箭顶部的栅格舵、当热板等装备打开，就会降低火箭自由下落的速度，以免火箭在大气摩擦下烧毁。最后火箭在落地前就会张开四个撑脚，稳稳地落在海面的接应船上。
这项技术的难点主要在于「如何能够使火箭保留最后一点燃料，反推它回到地球引力范围内」，业界称之为「火箭发动机节流」技术。以往火箭点火后，再难控制它的「火势」，燃料就会一次性烧光，但是宋征宇和他的团队却掌握了「节流」技术。最开始的「节流」技术是为了应对大风区对火箭的影响。由于长八火箭的二级是用了长三甲的三级做的，所以结构相对比较轻薄。当它上升到八九千米对流层顶端的大风区时，平行刮起的大风可能对火箭的二级造成破坏，而这种破坏力与火箭的速度成正比，所以最好在大风区给火箭降一下速度。宋征宇通过多次实验论证，采用了「大静不稳火箭主动减载控制技术」，使火箭的推力在不影响升空的前提下，下降了25%，即实现了75%的节流。虽然这比「猎鹰9号」火箭45%的节流技术还差的很远，但我们通过技术创新，已经掌握了这项核心技术。
模拟长征八号R火箭回收的图片
火箭发动机节流技术对中国运载火箭的意义
近两年，宋征宇和队员们通过不懈的努力，将节流效果提高到65%，并且将它运用到长征八号R型火箭上。这款改进的长八火箭近地轨道的有效载荷为7.8吨，太阳同步轨道的运载力大约为5吨，地球同步转移轨道的运载力为2.8吨，适合目前应用最广泛的卫星发射任务。长征八号R火箭的芯一级和助推器分别使用了2台和1台120吨级的液氧煤油发动机，具备65%的节流能力，可以在空中2次启动。目前宋征宇正带领团队进一步研制降低发动机的节流效果以及完善火箭垂直起降等能力，相信用不了多久，我们也会有自己的可回收、且能反复使用的长八火箭。到时候这项技术肯定要在所有服役的长征火箭上应用，到那时候我国的航天运载成本将会大大降低，在国际市场上也会更加具有竞争力。
长八火箭自研制成功后，虽然只执行了两次发射任务，但每次都是以一箭多星的方式发射。2020年12月22日，长八火箭首次发射，就将海丝一号、天启星座12星等5颗质量较大的卫星送上了各自的太阳同步轨道；2022年02月27日，改进的长八火箭又将泰景三号1星、泰景四号1星、天启星座19星等22颗卫星送到了预定轨道。由于长征八号R型火箭已经具备回收利用的能力，因此有理由相信，未来中国的航天运载方面将会出现更多价廉物美的「神箭」。2022年9月，宋征宇研制的火箭发动机节流等技术获得了国家科学技术进步奖特等奖1项、一等奖2项。
长征八号火箭发射前的出征仪式
对年轻人的寄望
如今宋征宇才54岁，正处于事业的黄金时期，相信他在未来会有更多的建树。他以顽强拼搏、锐意创新的精神，为中国航天事业铸造了两把强大的倚天「神箭」——长征二号F火箭和长征八号火箭，基本上实现了「赶超世界先进水平」的愿望，但他仍然没有松懈，并且希望有更多的年轻人投身航天事业。2017年宋征宇应邀为浙大学生讲座时，深情地鼓励年轻人：「我国航天事业仍需继续努力，坚持走独立自主的发展路线，东施效颦是没有出路的。我们现在已经很努力，但我们还需要更深入的研究，因为不是你努力了就会马上有成果。目前，我国已经成为航天大国，但和航天强国仍有差距，也正是这些不足激励着一代又一代航天人不断学习，向世界先进水平学习，并且不断补充新鲜血液，继续传承着伟大的航天精神。 」
工作中的宋征宇老师
他的讲话充满了对航天事业的热爱和执着，也激励着年轻一代勇敢去追求梦想，为祖国的繁荣昌盛贡献自己的力量。让我们铭记宋征宇老师的功劳和教诲，坚定信心，砥砺前行，共同书写中华民族光明的未来！
