中國(guó)航天60周年（一）：登天有路箭為梯

中國(guó)航天60周年（一）：登天有路箭為梯

編者按：

從1970年至今，我國(guó)已先后發(fā)射了長(zhǎng)征-1～4、6、7、11火箭。截至2016年9月底，我國(guó)發(fā)射了200多個(gè)航天器，目前在軌運(yùn)行150余個(gè)，形成了載人航天、深空探測(cè)、導(dǎo)航定位、對(duì)地觀測(cè)、通信廣播、空間科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)等六大領(lǐng)域航天器研制業(yè)務(wù)，取得了顯著的政治、科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、國(guó)防等效益。2016年10月8日是中國(guó)航天事業(yè)創(chuàng)建60周年紀(jì)念日，籍此之際，本刊特推出紀(jì)念中國(guó)航天事業(yè)創(chuàng)建60周年專題，在今年第9期和第10期分別介紹我國(guó)運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星、載人航天、深空探測(cè)四大航天科技領(lǐng)域的發(fā)展，以饗讀者。

“長(zhǎng)征”系列火箭

1　引言

工欲善其事，必先利其器。開發(fā)太空需用航天器，但航天器離開地面需用運(yùn)載器克服地球引力。目前，最常用的運(yùn)載器就是運(yùn)載火箭，這一“通天塔”的“絕招”是自帶推進(jìn)劑，而不需大氣層中的氧氣來助燃，因此可在太空自由飛翔。航天飛機(jī)也是一種運(yùn)載器，但因太貴和風(fēng)險(xiǎn)大，現(xiàn)已退役。

運(yùn)載火箭的能力決定了一個(gè)國(guó)家航天活動(dòng)的規(guī)模。因此，世界各航天大國(guó)均把發(fā)展先進(jìn)的運(yùn)載技術(shù)作為保持其領(lǐng)先地位的戰(zhàn)略部署之一，我國(guó)也不例外。

幾十年來，通過幾代航天人的不懈努力，我國(guó)“長(zhǎng)征”系列火箭走過了從常溫推進(jìn)到低溫推進(jìn)、從串聯(lián)到捆綁、從“一箭一星”到“一箭多星”、從發(fā)射衛(wèi)星到發(fā)射載人飛船、空間探測(cè)器的技術(shù)歷程，具備了發(fā)射低、中、高不同軌道，以及不同類型和不同質(zhì)量航天器的能力，基本能夠滿足不同用戶的需求。

我國(guó)“長(zhǎng)征”火箭現(xiàn)有3個(gè)成熟子系列共1 0多種型號(hào)，主要包括用于發(fā)射低軌道航天器的長(zhǎng)征-2子系列；用于發(fā)射極軌道航天器的長(zhǎng)征-4子系列；用于發(fā)射高軌道航天器的長(zhǎng)征-3子系列。對(duì)應(yīng)這3種典型軌道，“長(zhǎng)征”的運(yùn)載能力分別為0.2～9.5t、0.4～3.1t和1.5～5.5t。另外，我國(guó)近年又開發(fā)出新一代小型、中型、大型運(yùn)載火箭。

2015年9月至今，我國(guó)又首射了長(zhǎng)征-6、11、7新一代小、中型運(yùn)載火箭，最多一次發(fā)射20顆小衛(wèi)星。

截止到2016年9月15日，“長(zhǎng)征”火箭共進(jìn)行了236次發(fā)射，其中包括5次發(fā)射載人飛船和4次發(fā)射月球探測(cè)器。此外，我國(guó)還研制和發(fā)射過“風(fēng)暴”、“快舟”等運(yùn)載火箭。

長(zhǎng)征-1火箭整裝待發(fā)

2　低軌系列

1970年4月24日，我國(guó)成功用自行研制的長(zhǎng)征-1運(yùn)載火箭發(fā)射了第1顆人造地球衛(wèi)星東方紅-1，使我國(guó)成為世界上第5個(gè)用自制火箭發(fā)射自制人造衛(wèi)星的國(guó)家，衛(wèi)星的質(zhì)量比前面4個(gè)國(guó)家發(fā)射的第1顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量的總和還多。這一數(shù)字表明，當(dāng)時(shí)我國(guó)的運(yùn)載火箭已達(dá)到了一定的水平，奠定了“長(zhǎng)征”系列火箭發(fā)展的基礎(chǔ)。

長(zhǎng)征-1

長(zhǎng)征-1是3級(jí)火箭。其第1級(jí)、第2級(jí)采用了發(fā)射我國(guó)遠(yuǎn)程戰(zhàn)略導(dǎo)彈相同的液體火箭；第3級(jí)則是新研制的固體火箭。該火箭能把300kg的衛(wèi)星送入近地軌道，為我國(guó)多級(jí)火箭技術(shù)的發(fā)展奠定了全面技術(shù)基礎(chǔ)，掌握了多級(jí)火箭穩(wěn)定和姿態(tài)控制技術(shù)等。由于運(yùn)載能力較小，長(zhǎng)征-1現(xiàn)已不用了。

長(zhǎng)征-2

長(zhǎng)征-2子系列主要用于發(fā)射質(zhì)量較大的近地軌道航天器，我國(guó)先后投入使用了長(zhǎng)征-2、2C、2D、2E、2F等。

長(zhǎng)征-2火箭是一種以遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈為原型進(jìn)行研制的2級(jí)火箭，能把2.1t的衛(wèi)星送入距地面數(shù)百千米的橢圓形軌道，1975年11月26日，它完成了中國(guó)第1顆返回式衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)。

長(zhǎng)征-2C

長(zhǎng)征-2C是長(zhǎng)征-2改進(jìn)型，采用了大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，增加了箭長(zhǎng)，近地軌道運(yùn)載能力增加到3.8t，火箭的可靠性也大大提高，是此后“長(zhǎng)征”系列火箭發(fā)展的基礎(chǔ)，主要用于發(fā)射近地軌道衛(wèi)星，成功率很高，被授予“全國(guó)質(zhì)量金質(zhì)獎(jiǎng)”。

長(zhǎng)征-2D

長(zhǎng)征-2D是在長(zhǎng)征-2的基礎(chǔ)上采取增加推進(jìn)劑加注量的方法增大起飛推力，運(yùn)載能力為3.3t。

長(zhǎng)征-2E

1990年7月16日首發(fā)成功的長(zhǎng)征-2E是我國(guó)第一種并聯(lián)式（又叫捆綁式）火箭。其芯級(jí)是長(zhǎng)征-2C的又一改進(jìn)型，并在第一級(jí)捆綁了4個(gè)助推器，使近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到9.5t。長(zhǎng)征-2E/ETS火箭是在長(zhǎng)征-2E的第2級(jí)上安裝一個(gè)固體上面級(jí)—ETS，曾用于發(fā)射澳大利亞、香港和美國(guó)的大型通信衛(wèi)星。該火箭現(xiàn)已退役。

長(zhǎng)征-2F

長(zhǎng)征-2F是我國(guó)第一枚載人運(yùn)載火箭，運(yùn)載能力8 t。它是在長(zhǎng)征-2E基礎(chǔ)上廣泛采用了冗余設(shè)計(jì)，提高了元器件等級(jí)和篩選標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高了剩余強(qiáng)度系數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)也進(jìn)行了旨在提高可靠性的設(shè)計(jì)，并增加了故障檢測(cè)處理和逃逸系統(tǒng)，以保證航天員的安全，使火箭可靠性從長(zhǎng)征-2E的91%提高到97%，航天員的安全性達(dá)到了99.7%。從而在功能、性能、可靠性和安全性方面全部達(dá)到了載人運(yùn)載火箭的要求。

裝有逃逸塔的長(zhǎng)征-2F載人火箭

為保證航天員的安全，長(zhǎng)征-2F取消了自毀功能。為保證火箭飛行穩(wěn)定性、贏得逃逸時(shí)間和提高逃逸成功率，火箭增加了尾翼。它還采用了“垂直總裝、垂直測(cè)試、垂直運(yùn)輸”（簡(jiǎn)稱“三垂”）方式，大大節(jié)省了發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間。

3　極軌系列

長(zhǎng)征-4子系列火箭是3級(jí)常溫運(yùn)載火箭，用于發(fā)射極軌衛(wèi)星，其中長(zhǎng)征-4A的極軌衛(wèi)星運(yùn)載能力1.6t；在其基礎(chǔ)上發(fā)展的長(zhǎng)征-4B的極軌衛(wèi)星運(yùn)載能力2.8 t；長(zhǎng)征-4C是從長(zhǎng)征-4B改進(jìn)而來的，其三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)具有二次啟動(dòng)能力，極軌衛(wèi)星運(yùn)載能力3.1t。

組裝長(zhǎng)征-4B火箭

它們的各級(jí)都采用四氧化二氮和偏二甲肼作推進(jìn)劑，主要用于發(fā)射資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、高分衛(wèi)星等極軌遙感衛(wèi)星。

4　高軌系列

長(zhǎng)征-3子系列火箭是為發(fā)射我國(guó)的地球靜止軌道通信衛(wèi)星而研制的，包括長(zhǎng)征-3、3A、3B、3C。其特點(diǎn)是：①都是3級(jí)液體火箭，且第3級(jí)都采用液氧/液氫作推進(jìn)劑，第3級(jí)的貯箱都是低溫共底貯箱。②第3級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)可以多次啟動(dòng)。③可以直接將有效載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。

長(zhǎng)征-3

長(zhǎng)征-3火箭因1990年4月7日發(fā)射亞洲-1而聞名于世，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)火箭國(guó)際商業(yè)發(fā)射服務(wù)零的突破。該火箭是在長(zhǎng)征-2C運(yùn)載火箭的基礎(chǔ)上，加裝了以液氫/液氧為推進(jìn)劑且具有高空二次啟動(dòng)能力的低溫上面級(jí)，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力1.5t。它使得我國(guó)成為世界上第3個(gè)掌握低溫高能推進(jìn)技術(shù)和第2個(gè)掌握低溫發(fā)動(dòng)機(jī)高空2次點(diǎn)火技術(shù)的國(guó)家。

長(zhǎng)征-3A

1994年2月8日，長(zhǎng)征-3A火箭首次發(fā)射成功。它是在長(zhǎng)征-3的基礎(chǔ)上，采用了經(jīng)改進(jìn)的第3級(jí)低溫發(fā)動(dòng)機(jī)，并攻克了數(shù)字化小型控制系統(tǒng)等四大關(guān)鍵技術(shù)，可將2.6 t有效載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道，采用東方紅-3衛(wèi)星平臺(tái)的衛(wèi)星都由它發(fā)射的，包括嫦娥-1月球探測(cè)器等。

長(zhǎng)征-3B

長(zhǎng)征-3B是目前我國(guó)發(fā)射高軌道航天器的“大力士”。它是在長(zhǎng)征-3A的第1級(jí)箭體上捆綁了4個(gè)助推器，而且加長(zhǎng)了第2級(jí)，增加了20t推進(jìn)劑。該火箭可將5.5t有效載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道，是目前我國(guó)發(fā)射國(guó)內(nèi)外地球靜止衛(wèi)星的主力火箭，曾先后把菲律賓的“馬部?！毙l(wèi)星、亞太星-2R、中衛(wèi)-1、尼日利亞通信衛(wèi)星-1、委內(nèi)瑞拉衛(wèi)星-1、中星-11、嫦娥-3落月探測(cè)器、亞太-9和天通-1等送上太空。

長(zhǎng)征-3B火箭升空

長(zhǎng)征-3C

2008年開始使用的長(zhǎng)征-3C是在長(zhǎng)征-3A火箭上捆綁有2個(gè)助推器，是我國(guó)第1種非全對(duì)稱火箭。其地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力介于長(zhǎng)征-3A和長(zhǎng)征-3B之間，為3.8t。它填補(bǔ)了我國(guó)高軌道運(yùn)載能力的一個(gè)空白，從而真正形成火箭運(yùn)載能力系列化。

我國(guó)“長(zhǎng)征”火箭發(fā)射的第一個(gè)100次歷時(shí)37年，成功率93%；第二個(gè)100次僅歷時(shí)7年，成功率98%，可靠性與歐洲“阿里安”火箭并列世界第一。

在珠海航展上展出的我國(guó)多星發(fā)射上面級(jí)

5　上面級(jí)

2015年，我國(guó)首個(gè)“太空擺渡車”—遠(yuǎn)征-1上面級(jí)成功實(shí)現(xiàn)了首飛。

上面級(jí)是一種能夠進(jìn)一步將航天器從準(zhǔn)地球軌道或地球軌道送入預(yù)定工作軌道或預(yù)定空間位置的小火箭。它可多次啟動(dòng)，工作時(shí)間長(zhǎng)，能先后把不同“乘客”送到不同目的地，大大增強(qiáng)了我國(guó)運(yùn)載火箭的任務(wù)適應(yīng)性。

2015年3月30日，我國(guó)首個(gè)自主研發(fā)的4級(jí)火箭—長(zhǎng)征-3C/遠(yuǎn)征-1首飛，成功發(fā)射了1顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星。它是在原本3級(jí)的長(zhǎng)征-3C火箭上面增加了遠(yuǎn)征-1上面級(jí)，從而變成4級(jí)火箭。以往的3級(jí)火箭只能將衛(wèi)星送至轉(zhuǎn)移軌道，即衛(wèi)星軌道是橢圓形的，衛(wèi)星上天后需要靠自身發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料變軌為圓形軌道。而改進(jìn)后的4級(jí)火箭則可以直接將衛(wèi)星發(fā)送至距離更為遙遠(yuǎn)的目標(biāo)軌道，衛(wèi)星不需要再變軌了，從而能大大節(jié)省燃料甚至取消遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。一般的3級(jí)火箭只能飛行0.5h左右，而裝有遠(yuǎn)征-1上面級(jí)的4級(jí)火箭可飛行5～6h，能飛到幾萬千米的外太空。

2015年7月25日，長(zhǎng)征-3B/遠(yuǎn)征-1火箭實(shí)現(xiàn)了“一箭雙星”發(fā)射，把2顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星直接送入目標(biāo)軌道。

2016年6月25日，我國(guó)長(zhǎng)征-7首飛，搭載了遠(yuǎn)征-1A上面級(jí)。其在軌飛行時(shí)間從遠(yuǎn)征-1的6.5h延長(zhǎng)至48h，主發(fā)動(dòng)機(jī)由2次啟動(dòng)增加至20次啟動(dòng)，分離次數(shù)由1次增加至7次。所以，它可把更多的“乘客”送到不同的地點(diǎn)，變軌能力大大增強(qiáng)，拓展了擺渡車的服務(wù)功能，通過多次點(diǎn)火工作，可適應(yīng)更多復(fù)雜的路線。

我國(guó)還在研制更先進(jìn)的遠(yuǎn)征-2上面級(jí)，將用于長(zhǎng)征-5新一代大型運(yùn)載火箭。

6　新一代

從2015年起，我國(guó)開始陸續(xù)發(fā)射新一代小型、中型和大型“長(zhǎng)征”系列火箭。

長(zhǎng)征-6

2015年9月20日，首次升空的我國(guó)新一代小型液體火箭長(zhǎng)征-6把20顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。它是我國(guó)研制的全新3級(jí)液體火箭，可將1t的有效載荷發(fā)射到700km高度太陽同步軌道，具有推力大、無毒無污染、發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間短等特點(diǎn)，其成功為我國(guó)后續(xù)新型捆綁式運(yùn)載火箭發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

長(zhǎng)征-6第1級(jí)直徑為3.35m，采用了1臺(tái)首次使用的最大推力為120t的液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)；第2、3級(jí)直徑均為2.25m， 分別采用1臺(tái)液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)和1臺(tái)常溫推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)。

采用“三平”技術(shù)的長(zhǎng)征-6新一代小型液體火箭

它采用“三平”測(cè)發(fā)模式，即水平整體測(cè)試、水平整體星箭對(duì)接、水平整體運(yùn)輸起豎發(fā)射，發(fā)射準(zhǔn)備周期僅需7天，有力的適應(yīng)衛(wèi)星發(fā)射低成本、短周期的需求。20顆小衛(wèi)星被分成了3層像金字塔般地分別排列，被長(zhǎng)征-6帶上太空后分4次釋放，每次釋放只間隔幾十秒的時(shí)間。

長(zhǎng)征-11新一代小型固體火箭發(fā)射示意圖

長(zhǎng)征-11

2015年9月25日，我國(guó)長(zhǎng)征-11火箭將4顆小衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。它是我國(guó)全新研制的4級(jí)固體小型運(yùn)載火箭，可把350kg的有效載荷發(fā)射到700km高度太陽同步軌道，低軌道運(yùn)載能力可達(dá)700kg。作為“長(zhǎng)征”家族中第一型和唯一型固體火箭，長(zhǎng)征-11具有“快速、可靠、便捷、低廉”的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)運(yùn)載火箭24h快速發(fā)射的跨越，主要用于滿足自然災(zāi)害、突發(fā)事件等應(yīng)急情況下微小衛(wèi)星發(fā)射需求。

長(zhǎng)征-7

為了適應(yīng)運(yùn)載火箭的發(fā)展方向，近年來我國(guó)按照“無毒、無污染、低成本、高可靠、大推力、適應(yīng)性強(qiáng)、安全性好”的目標(biāo)，研制了新一代中、大型運(yùn)載火箭長(zhǎng)征-7、5，其中，長(zhǎng)征-7于2016年6月25日首次發(fā)射成功。

長(zhǎng)征-7是我國(guó)新一代中型運(yùn)載火箭，采用兩級(jí)半構(gòu)型。它利用了長(zhǎng)征-2F的成熟技術(shù)，在大體不變情況下?lián)Q成新研制的液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。其主要的4個(gè)優(yōu)點(diǎn)有：一是提高了火箭的運(yùn)載能力，120噸級(jí)液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)比沖比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)提高了20%，推力比現(xiàn)有“長(zhǎng)征”發(fā)動(dòng)機(jī)提高了60%以上，把我國(guó)火箭的近地軌道運(yùn)載能力由8.5t一下提高到13.5t。二是推進(jìn)劑綠色環(huán)保，燃燒后只產(chǎn)生二氧化碳和水。三是推進(jìn)劑便宜，平均成本僅為常規(guī)推進(jìn)劑的1/10強(qiáng)。四是今后可重復(fù)使用。

在轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)途中的新一代中型運(yùn)載火箭長(zhǎng)征-7

其基本型總長(zhǎng)53.1m，起飛質(zhì)量約597t，起飛推力720t，近地軌道運(yùn)載能力13.5t。其芯一級(jí)直徑為3.35m，裝有2臺(tái)單臺(tái)推力為120t的雙擺液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)；芯一級(jí)并聯(lián)了4個(gè)直徑均為2.25m的助推器，每個(gè)助推器裝有1臺(tái)單臺(tái)推力為120 t的單擺液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)；芯二級(jí)直徑為3.35m，裝有4臺(tái)單臺(tái)推力為18t的雙擺液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。整流罩直徑4.2m。

長(zhǎng)征-7是我國(guó)首枚采用全數(shù)字化手段研制的火箭，在全研制流程中沒有一張紙質(zhì)圖紙，大大降低了成本，減小了產(chǎn)品報(bào)廢率，縮短了研制流程。在試驗(yàn)、裝配階段，應(yīng)用了“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”，對(duì)火箭進(jìn)行了虛擬裝配和試驗(yàn)，真實(shí)模擬了火箭實(shí)際裝配和試驗(yàn)環(huán)境，提前預(yù)見了可能發(fā)生的問題，確保了火箭試驗(yàn)、裝配“一次成”。它還有防水、防風(fēng)、防鹽霧等功能，可以在8級(jí)大風(fēng)的情況下進(jìn)行垂直轉(zhuǎn)運(yùn)，抗風(fēng)能力為目前“長(zhǎng)征”家族之最；中雨時(shí)也能發(fā)射。

以長(zhǎng)征-7基本型火箭為基礎(chǔ)，通過調(diào)整助推器個(gè)數(shù)、增加固體助推器、增加上面級(jí)和增加氫氧三子級(jí)等，可實(shí)現(xiàn)新一代中型運(yùn)載火箭的系列化， 能研制太陽同步軌道運(yùn)載能力為5.5t和地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力為7t的中型運(yùn)載火箭，承擔(dān)國(guó)內(nèi)外主流衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)。由于其直徑為3.35m，所以在我國(guó)4個(gè)發(fā)射場(chǎng)都能發(fā)射。它將主要用于發(fā)射貨運(yùn)飛船，預(yù)計(jì)到2021年火箭各項(xiàng)技術(shù)趨于成熟穩(wěn)定時(shí)，將逐步替代現(xiàn)有的長(zhǎng)征-2～4系列，承擔(dān)我國(guó)80%左右的發(fā)射任務(wù)，包括發(fā)射載人飛船等。

長(zhǎng)征-5

火箭的運(yùn)載能力有多大，航天的舞臺(tái)就有多大。定于2016年11月首次發(fā)射的長(zhǎng)征-5子系列火箭可與國(guó)外主流運(yùn)載火箭的水平持平，能大大提升我國(guó)進(jìn)入空間的能力，提供多樣化的發(fā)射服務(wù)活動(dòng)。

長(zhǎng)征-5是我國(guó)新一代大型運(yùn)載火箭。該子系列火箭由二級(jí)半構(gòu)型的基本型、不加第二級(jí)的一級(jí)半構(gòu)型長(zhǎng)征-5B運(yùn)載火箭以及添加上面級(jí)的長(zhǎng)征-5/遠(yuǎn)征-2運(yùn)載火箭等型號(hào)組成。其近地軌道運(yùn)力覆蓋1.5～25t，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)力覆蓋1.5～14t，運(yùn)載能力大幅度提高；使用無毒無污染推進(jìn)劑；采用“通用化、組合化、系列化”設(shè)計(jì)，以降低成本；通過采用比傳統(tǒng)火箭普遍少一級(jí)的一級(jí)半或二級(jí)半構(gòu)型，以提高火箭固有的可靠性；擁有完整的運(yùn)載能力覆蓋范圍。中國(guó)未來的探月三期工程、“天宮”空間站、大型人造衛(wèi)星及其他深空探測(cè)的實(shí)施等都將使用該系列火箭。

長(zhǎng)征-5基本型是帶助推器的兩級(jí)半火箭，全長(zhǎng)約56.97m，起飛質(zhì)量約869t，起飛推力約1078t，用于執(zhí)行嫦娥-5發(fā)射任務(wù)。其芯一級(jí)直徑為5m，裝有2臺(tái)可雙向搖擺、推力均為50t的氫/氧發(fā)動(dòng)機(jī)；芯一級(jí)并聯(lián)了4個(gè)直徑均為3.35m的助推器，每個(gè)助推器裝有2臺(tái)推力均為120t的液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，其中l(wèi)臺(tái)為擺動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。芯二級(jí)直徑為5m，裝有2臺(tái)推力均為9噸級(jí)的氫/氧發(fā)動(dòng)機(jī)，它們是由長(zhǎng)征-3A第三級(jí)氫/氧發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)而來，發(fā)動(dòng)機(jī)可雙向擺動(dòng)，能兩次起動(dòng)。其整流罩長(zhǎng)12m，直徑5.2m。該火箭的地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力為14t，其綜合性能指標(biāo)將達(dá)到國(guó)際上主流運(yùn)載火箭水平。

在長(zhǎng)征-5基礎(chǔ)上，我國(guó)還在研制未來用于發(fā)射我國(guó)20噸級(jí)空間站艙段的長(zhǎng)征-5B火箭。它為帶助推器的一級(jí)半火箭，全長(zhǎng)53.7m，起飛質(zhì)量837.5t，起飛推力約1078 t，近地軌道運(yùn)載能力大于22 t。它是在長(zhǎng)征-5基本型的基礎(chǔ)上取消了芯二級(jí)，首次采用了前捆綁點(diǎn)傳力、助推器支撐狀態(tài)；采用了芯級(jí)和助推器發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合搖擺進(jìn)行全箭姿態(tài)控制；采用蓄壓器進(jìn)行全箭縱向耦合振動(dòng)抑制設(shè)計(jì)；整流罩長(zhǎng)20.5m，直徑5.2m。

長(zhǎng)征-5新一代大型運(yùn)載火箭定于2016年11月?lián)駲C(jī)發(fā)射

長(zhǎng)征-5/遠(yuǎn)征-2為帶助推器的三級(jí)火箭。它是在長(zhǎng)征-5基本型的基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)征-2上面級(jí)作為第三級(jí)。它用于執(zhí)行地球靜止軌道衛(wèi)星、“北斗”中圓軌道衛(wèi)星等發(fā)射任務(wù)。

長(zhǎng)征-5系列運(yùn)載火箭將大大提升我國(guó)進(jìn)入空間的能力，并為我國(guó)航天提供了多樣化的發(fā)射服務(wù)活動(dòng)。例如，長(zhǎng)征-5火箭將執(zhí)行探月三期月球轉(zhuǎn)移軌道和深空探測(cè)等發(fā)射任務(wù)；長(zhǎng)征-5B火箭用于把20噸級(jí)空間站艙段發(fā)射到近地軌道；采用長(zhǎng)征-5/遠(yuǎn)征-2可發(fā)射大型地球靜止軌道衛(wèi)星、“北斗”中圓軌道導(dǎo)航衛(wèi)星等。從理論上講，還可以采用長(zhǎng)征-5火箭研制技術(shù)，捆綁6個(gè)3.35m直徑助推器，形成更大的運(yùn)載能力。

長(zhǎng)征-5、7都在新建的海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射。該發(fā)射場(chǎng)地緣優(yōu)勢(shì)明顯：①有射向范圍寬的優(yōu)勢(shì)；②火箭航區(qū)、殘骸落區(qū)安全性好；③具備低緯度的優(yōu)勢(shì)；④可以通過海運(yùn)將火箭運(yùn)過來。其年發(fā)射能力可達(dá)10～12發(fā)。

7　展望未來

長(zhǎng)征-8

據(jù)悉，長(zhǎng)征-8已開始論證，它是一種新型極軌火箭，由長(zhǎng)征-7第一級(jí)和長(zhǎng)征-3A第三級(jí)組成，可并聯(lián)2或4個(gè)助推器，用來替代長(zhǎng)征-4子系列火箭，從而將原來的三級(jí)半構(gòu)型改為兩級(jí)半構(gòu)型。

長(zhǎng)征-9

中國(guó)航天科技集團(tuán)公司2016年6月27日透露，我國(guó)長(zhǎng)征-9重型運(yùn)載火箭已完成深化論證。在目前的設(shè)計(jì)藍(lán)圖中，重型運(yùn)載火箭箭體直徑近10m，全箭總長(zhǎng)近百米，運(yùn)載能力是現(xiàn)有火箭運(yùn)載能力的5倍多，完全可以滿足未來載人月球探測(cè)、火星取樣返回、太陽系行星探測(cè)等多種深空探測(cè)任務(wù)需求，保障中國(guó)在未來宇宙探索和更大更遠(yuǎn)空間的話語權(quán)。現(xiàn)計(jì)劃通過4、5年的時(shí)間，突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，為重型運(yùn)載火箭工程研制打下基礎(chǔ)。如果相關(guān)工作進(jìn)展順利，15年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)首飛，這將大幅提升中國(guó)自主進(jìn)入空間的能力。重型運(yùn)載火箭是指火箭起飛推力在3000t上下，近地軌道運(yùn)載能力在100t左右的火箭，主要用于載人登月任務(wù)、載人火星飛船、太空電站等超大型航天器等。

2016年8月1日，由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司六院為重型運(yùn)載火箭研制的500噸級(jí)液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)首次燃?xì)獍l(fā)生器-渦輪泵聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)取得成功，這標(biāo)志著該型發(fā)動(dòng)機(jī)研制工作取得首個(gè)里程碑式勝利，為后續(xù)圓滿完成關(guān)鍵階段研制任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

2016年8月2日，由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司四院自主研制的我國(guó)直徑最大、裝藥量最大、推力最大的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)—民用航天3m 2分段大型固體火箭助推發(fā)動(dòng)機(jī)地面熱試車圓滿成功。未來，該發(fā)動(dòng)機(jī)將應(yīng)用于重型運(yùn)載火箭固體助推器中。

其他火箭

2015年11月下旬，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司一院研發(fā)中心完成了運(yùn)載火箭子級(jí)回收群傘空投試驗(yàn)，這標(biāo)志著我國(guó)運(yùn)載火箭在部段回收技術(shù)上取得了新的進(jìn)展，離實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用又近了一步。該院擬采用降落傘垂直下降方案來回收火箭。未來，火箭的芯一級(jí)還將增加“返航”設(shè)計(jì)，通過攜帶供自身返回的燃料，自主飛回預(yù)定區(qū)域，以備重復(fù)利用，從而降低運(yùn)載火箭的發(fā)射成本。在2016年4月24日的首個(gè)“中國(guó)航天日”那天，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司一院研發(fā)中心表示，我國(guó)在研的可回收重復(fù)利用火箭在“十三五”期間有望看到成果。

2015年，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院502所成功研制出我國(guó)首個(gè)磁聚焦霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)，其較國(guó)外同類產(chǎn)品在比沖、效率等方面性能指標(biāo)可提升20%以上，可廣泛應(yīng)用于我國(guó)未來的全電推進(jìn)通信衛(wèi)星平臺(tái)。同年，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院510所研制的首個(gè)衛(wèi)星用200mm離子電推進(jìn)系統(tǒng)地面壽命及可靠性試驗(yàn)累計(jì)工作時(shí)間已超過11000h，已在軌可靠運(yùn)行15年，目前還在試驗(yàn)中。這標(biāo)志著我國(guó)電推進(jìn)系統(tǒng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，將全面邁入工程應(yīng)用階段，能夠滿足我國(guó)通信衛(wèi)星系列平臺(tái)、高軌遙感平臺(tái)以及空間探測(cè)器的發(fā)展需求。

中國(guó)航天科技集團(tuán)公司一院研發(fā)中心進(jìn)行運(yùn)載火箭子級(jí)回收群傘空投試驗(yàn)

另外，我國(guó)“組合動(dòng)力飛行器”項(xiàng)目已經(jīng)開始研制。它是一種集成渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等多種動(dòng)力的飛行器。根據(jù)設(shè)計(jì)，它在起飛時(shí)會(huì)使用普通飛機(jī)所配備的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)飛行器達(dá)到一定速度后，再使用適應(yīng)高速飛行的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行沖刺，最后在大氣稀薄的地方點(diǎn)燃火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)入軌。通過多種發(fā)動(dòng)機(jī)“各司其職”，即在距離地面幾十千米的大氣層以內(nèi)，組合動(dòng)力飛行器可利用大氣層中的氧氣完成飛行；進(jìn)入太空之后，再使用不依賴空氣的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣就大大降低了進(jìn)入太空的成本。未來它將主要應(yīng)用于距離地球幾十千米到幾百千米的太空飛行。預(yù)計(jì)，我國(guó)“組合動(dòng)力飛行器”將于2030年左右投入使用。

司馬/文

Launch Vehicle: a Convenient Access to Space