直擊“長征七號”發(fā)射

鄭永春

2016年6月25日20時00分，我國新一代運載火箭“長征七號”在海南文昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，約603秒后，載荷組合體與火箭成功分離，進入近地點200千米、遠(yuǎn)地點394千米的橢圓軌道，至此，“長征七號”運載火箭首次發(fā)射圓滿成功。筆者有幸在現(xiàn)場目睹了火箭發(fā)射全過程，深感震撼與自豪。親眼看到一個六百噸重的大家伙在幾十秒內(nèi)從地上垂直起飛，瞬間地動山搖，真的感覺特別激動！

建在海邊的航天發(fā)射場

美國和歐洲的航天發(fā)射場多建于海邊。如美國肯尼迪航天中心（Kennedy Space Center，縮寫為KSC）就建在大西洋邊的卡納維拉爾角（Cape Canaveral），這里發(fā)射的火箭直接飛往大西洋上空，觀景效果很好，美國人常拖家?guī)Э谌ビ^看火箭發(fā)射。歐洲空間局的庫魯發(fā)射場（Kourou，位于南美洲北部法屬圭亞那中部）面向加勒比海，每次發(fā)射時也有很多人觀看。所以，航天發(fā)射可以跟當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)很好地結(jié)合起來協(xié)同發(fā)展。

中國以前的航天發(fā)射場都位于內(nèi)陸，交通不便，不具備旅游和觀光條件。隨著文昌衛(wèi)星發(fā)射中心建成，今后我們也能現(xiàn)場觀看火箭發(fā)射，建議大家有機會一定要去看看，看完發(fā)射之后再環(huán)島游，是一種很好的休閑和旅游方式。在中國原有的三個航天發(fā)射場中，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心建于1958 年，是我國首個發(fā)射場，位于甘肅與內(nèi)蒙古交界處的戈壁灘。太原衛(wèi)星發(fā)射中心建于1967 年，位于山西省忻州市岢嵐縣的山溝里。西昌衛(wèi)星發(fā)射中心位于四川省涼山州西昌市冕寧縣的山溝里，只有文昌衛(wèi)星發(fā)射中心是我國唯一的濱海發(fā)射場。

長征七號——新一代運載火箭的主力型號

長征七號是新一代中型運載火箭，主要服務(wù)于我國載人空間站工程，用于發(fā)射貨運飛船，相當(dāng)于從地球往太空運輸?shù)慕夥排拼筘涇嚕侵髁π吞枴?/p>

我們看到，俄羅斯發(fā)射的火箭是平躺運輸?shù)模l(fā)射時再把它舉起來。因為從平躺到舉起過程中會有一些松動或意外發(fā)生，所以生產(chǎn)、測試完成后越少折騰，成功概率越高。而且，文昌衛(wèi)星發(fā)射中心只有兩個發(fā)射塔，用了一個就只剩一個了。以前火箭發(fā)射要占用發(fā)射塔的時間很長，在發(fā)射塔里進行組裝和測試，然后加注燃料后才能發(fā)射。由于發(fā)射前的準(zhǔn)備階段周期很長，發(fā)射塔的利用效率就不高。我國以往每年火箭發(fā)射的次數(shù)較少，所以占用發(fā)射塔的時間長短并非重要因素。現(xiàn)在每年發(fā)射任務(wù)達二十多次，以后發(fā)射次數(shù)還會越來越多，這樣就希望每次發(fā)射任務(wù)占用發(fā)射塔的時間越短越好。如今，長征七號已解決了這個問題。它在總裝廠房里垂直組裝和測試，組裝和測試完成后整體轉(zhuǎn)運。這既是發(fā)射場的進步也是火箭的進步，因為發(fā)射場和火箭是緊密聯(lián)系在一起的。

長征七號火箭從天津基地生產(chǎn)出來時是一段一段的，出廠后裝進專用集裝箱，坐遠(yuǎn)望21 號運輸船沿渤海、黃海、東海、南海，最后到達海南島。 卸船后在文昌衛(wèi)星發(fā)射中心的火箭總裝廠房里進行垂直組裝，測試火箭整體機電接口和各系統(tǒng)是否匹配。這里透露一個小秘密，我國火箭的海上運輸享受特殊優(yōu)待，運輸火箭的集裝箱自帶空調(diào)，恒溫恒濕。垂直轉(zhuǎn)運時，發(fā)射臺重達1800 噸，火箭本體重幾十噸，總重約2000噸，運抵發(fā)射塔后很快可以加注燃料，隨時待命發(fā)射。所以，長征七號火箭發(fā)射時占用發(fā)射塔的時間只需短短幾天就夠了。

咦，發(fā)射塔怎么在冒氣兒？原來，長征七號火箭的燃料和之前的火箭不一樣。以前的長征二號、三號、四號火箭采用四氧化二氮作為氧化劑，偏二甲肼作為還原劑，進行劇烈的氧化還原反應(yīng)，這些燃料可以在常溫下儲存。而長征七號采用液態(tài)氧氣和航空煤油作為燃料，為什么采用煤油這么普通的燃料呢？。其實這也不奇怪，因為火箭每次發(fā)射需要消耗非常多的燃料。長征七號火箭的起飛重量達597噸，其中90%是燃料，所以采用廉價燃料在發(fā)射時才有價格競爭力。而氧氣在零下183 攝氏度才能成為液態(tài)，要保持液態(tài)氧氣加滿狀態(tài)，一方面要減少揮發(fā)，及時補加，另一方面要進行隔熱保溫。下圖中冒出的白煙實際上是水蒸氣，到臨發(fā)射前才把加注燃料的管子拔掉。

大家知道，火箭是航天事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。沒有火箭，飛行器哪里都去不了，只能是空談！發(fā)動機是火箭的心臟。沒有好的發(fā)動機，火箭也發(fā)揮不了作用。我覺得，運載能力一直是航天發(fā)展的瓶頸，如果運載能力不夠想載人登月也好，載人去火星也好，都不可能實現(xiàn)。載人登陸火星往返需500天，需消耗大量的水、食物、氧氣等，以及大量科學(xué)探索、生命保障和生活居住設(shè)施，需要非常龐大的運載能力。

發(fā)動機一直是我國火箭研制的短板。長征七號裝配的這款YF-100發(fā)動機歷時近八年時間研制。為什么叫YF-100？YF是液體燃料發(fā)動機的拼音縮寫，100說明火箭的地面推力為100噸（后來根據(jù)任務(wù)需要進行改進，把地面推力提高到了120 噸）。

長征七號首次采用三維數(shù)據(jù)管理流程研制，包括：三維協(xié)同設(shè)計、三維設(shè)計數(shù)據(jù)管理和三維流程仿真?；鸺且粋€十分復(fù)雜的動力系統(tǒng)，包括很多液體管道、電子元器件、電源線路、計算機、芯片等，這些設(shè)備都需要精確測量和控制。首先，需要精確測量火箭自參數(shù)和環(huán)境特征，了解各系統(tǒng)的工作狀態(tài)，根據(jù)這些參數(shù)和狀態(tài)指導(dǎo)下一步工作。如發(fā)動機燃料的精確控制，箭體自身姿態(tài)的精確測量等等，相當(dāng)于讓大力士做繡花活，這個精確控制的過程難度不小。

長征七號研制過程中不用一張紙質(zhì)設(shè)計圖，是首款全數(shù)字化研制的火箭。紙質(zhì)設(shè)計圖制作和審查流程繁復(fù)，似乎很可靠，但它容易出現(xiàn)一個問題，如兩處設(shè)計的數(shù)字差一點，明明錯誤一直存在，卻總是查不出來。而采用數(shù)字化設(shè)計后，大大減少了此類系統(tǒng)之間設(shè)計不匹配的故障概率。

火箭發(fā)射不是放“太空煙花”，而是要搭載“乘客”的?；鸺l(fā)射是航天任務(wù)的第一步，把“乘客”從地面送入太空，火箭的任務(wù)才算完成了。

那么，這次長征七號火箭發(fā)射，都有哪些“乘客”呢？第一個“乘客”是太空擺渡車。長征七號一共搭載了六個乘客，他們分別要去不同的位置。有的要去高一點的軌道，有的要去低一點，有的要往左，有的要往右。這樣就需要一個擺渡車，把乘客擺渡到不同位置。這輛擺渡車相當(dāng)于一輛客運大巴車?；鸺沿浳锼腿胩蘸?，再由大巴車把“乘客”送到不同的位置。太空擺渡車可以多次到站卸“客”或變軌，是先后可以幾十次點火的重要載荷。

第二個“乘客”是多用途飛船縮比返回艙，重2.6噸，可載人也可載貨。所謂返回艙，就是發(fā)射進入太空，完成使命后將再進入大氣層返回地面的設(shè)備。所謂縮比就是按照比例縮小，1：0.6等比例縮小。等比例縮小的目的一方面是由于1：1返回艙的研制費用高，能省一點是一點。另一方面，縮比返回艙對驗證飛船氣動外形，獲取大氣再入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)已經(jīng)滿足要求了。第二天下午三點，縮比返回艙在內(nèi)蒙古巴丹吉林沙漠的東風(fēng)著陸場成功著陸。

長征二號、三號、四號是上一代火箭，均采用偏二甲肼和四氧化二氮的有毒燃料。而長征五號、六號、七號屬于新一代運載火箭，均采用液氧和煤油作為燃料，綠色環(huán)保。這幾款火箭的用途各有不同，新一代火箭中運載能力最小的是長征六號，近地軌道運載能力為1 噸；長征七號是一款中型火箭，近地軌道運載能力為13.5 噸；長征五號是一款大火箭，近地軌道運載能力可達25 噸。

有了長征七號這柄利劍，中國要在2020年建成空間站的目標(biāo)就有了堅實的基礎(chǔ)。讓我們期待今年下半年神舟十一號飛船和天宮二號的發(fā)射、長征五號首飛，以及明年初的天舟一號貨運飛船發(fā)射、嫦娥五號月球樣品返回。太空探索的征程永無止境。

文昌衛(wèi)星發(fā)射中心的三大優(yōu)勢

1.節(jié)省燃料

大多數(shù)通信衛(wèi)星發(fā)射時都要飛往赤道上空，所以緯度越高的發(fā)射場，消除軌道傾角耗費的機動燃料越多。文昌發(fā)射場的地理位置為北緯19度37分、東經(jīng)110度57分，從緯度上講其執(zhí)行同樣的發(fā)射任務(wù)比其他三個發(fā)射場要節(jié)省不少燃料。

2.安全

火箭發(fā)射后有助推器、第一級火箭、整流罩先后脫落，其他三個發(fā)射場發(fā)射時殘骸會落到內(nèi)陸人煙密集區(qū)，造成一定的安全隱患。曾有新聞?wù)f火箭殘骸砸到建筑物，當(dāng)?shù)乩习傩者€以為撿到寶了，其實這些殘骸并沒有什么價值。文昌發(fā)射場位于海南島最東面，發(fā)射后火箭會直接飛往南海上空，殘骸落在海上要安全得多，不會傷到人。

3.方便設(shè)計和運輸

我國火箭的生產(chǎn)運輸基地在天津。天津生產(chǎn)的火箭，以前若要運往太原、酒泉或西昌發(fā)射，就要鉆山洞、過隧道。由于隧道和山洞的直徑有限，所以火箭的直徑不能太大。今后在海南發(fā)射的火箭就沒有這一限制。我去看過阿波羅登月的土星5號火箭（Saturn V），長達110米，尾部直徑達18米，實在是太大了。這個火箭現(xiàn)在還在，為了保管它專門建了個大廠房。中國以后也會生產(chǎn)這種大型火箭，屆時就可以從天津坐船運到海南。因為走海路，所以運輸非常方便，也更加平穩(wěn)。

此外，海南島的自然風(fēng)景很漂亮，今后還可以建立一個航天主題樂園和科技文化館。包括消費、娛樂、影視、科幻等航天周邊產(chǎn)品和服務(wù)，甚至可以做成迪士尼和環(huán)球影城那樣。