長征－6運載火箭開啟我國航天新“長征”

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長征－6運載火箭開啟我國航天新“長征”

CZ-6 Rocket Starts China’s New Long March

黃志澄：空氣動力學家、航天技術專家、技術評論家。長期從事空氣動力學、航天發(fā)展戰(zhàn)略研究，為我國大型試驗基地建設、載人航天方案論證、新型航天器研制做出了貢獻。近十年來從事科學、技術與社會等宏觀科學領域研究，在國內(nèi)外有較大影響。

2015年9月20日，長征-6運載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心以“一箭二十星”的方式成功將20顆衛(wèi)星送入了預定軌道。這次發(fā)射率先采用了水平整體測試、水平整體星箭對接、水平整體運輸起豎發(fā)射的“三平”模式。這次發(fā)射也是我國研制的無毒、無污染的液氧/煤油發(fā)動機首次太空出征。由于上述特點，長征-6的這次發(fā)射標志著我國航天運載跨上了一個新臺階，開啟了的我國航天新長征。

20世紀80年代，我國首次實現(xiàn)“一箭三星”發(fā)射技術，之后也曾多次開展“一箭多星”的國內(nèi)、國際發(fā)射任務。此次，長征-6成功執(zhí)行了“一箭二十星”發(fā)射任務。為了滿足多星發(fā)射的需求，長征-6還在國內(nèi)首次采用了全透波衛(wèi)星整流罩，使其具備了全向透波能力，改善了全箭力學環(huán)境和衛(wèi)星環(huán)境條件。通過對多星發(fā)射技術的探索，我國已形成了系列化、標準化的多星發(fā)射接口，為今后進一步降低衛(wèi)星發(fā)射成本、提升多星發(fā)射能力奠定了技術基礎。

傳統(tǒng)火箭執(zhí)行發(fā)射任務，需要分段運輸至發(fā)射場，再在塔架上完成各子級的垂直吊裝總裝和測試。長征-6創(chuàng)造性地采用了“三平”測試發(fā)射模式，對我國火箭的測試發(fā)射模式進行了重大變革。為此，科技人員將各種測試設備集成安裝到車內(nèi)的5個方艙內(nèi)，大大減少了設備數(shù)量，簡化了測試發(fā)射流程。按照設計，采用“三平”模式的長征-6的發(fā)射準備周期僅需7天，有力地適應了衛(wèi)星發(fā)射低成本、短周期的需求。

經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，我國已經(jīng)建立了包括遙感衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、通信衛(wèi)星和導航衛(wèi)星等在內(nèi)的較完善的應用衛(wèi)星體系，建立了包括“神舟”飛船和“天宮”空間實驗室在內(nèi)的載人航天工程體系，還進行了以“嫦娥”探測器為標志的月球探測，并進行了一系列的商業(yè)航天發(fā)射。這一系列舉世矚目的成績，與我國運載火箭技術的發(fā)展是密不可分的。我國從最早的近地軌道運載能力只有數(shù)百千克的長征-1火箭開始，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)具備了近地軌道9.5t、地球同步轉移軌道5.5t的運載能力。

繼長征-1、2運載火箭之后，我國又以長征-2火箭為基本型號，增加第三級低溫氫氧發(fā)動機和常溫肼類發(fā)動機分別研制了長征-3和長征-4火箭。為了進一步增加運力，通過捆綁不同數(shù)量的助推器，又分別研制了長征-3B、3C和長征-2E、2F等火箭。目前我國的“長征”系列火箭的運載能力仍然較低，難以滿足發(fā)射空間站、重型衛(wèi)星、載人登月和載人登火星的任務。數(shù)十年前研制的火箭發(fā)動機不僅單臺推力偏低，而且使用有毒的偏二甲肼/四氧化二氮推進劑，容易造成環(huán)境污染和人身傷害。其價格也較為昂貴，不僅遠高于液氧/煤油推進劑，也高于液氫/液氧推進劑。

由此，我國急需研制新一代運載能力更大、低成本、高效率發(fā)射和符合環(huán)保要求的運載火箭系列。其總體發(fā)展思路可以歸納為“一個系列、兩種發(fā)動機、三個模塊”。“兩種發(fā)動機”指的是120噸級推力液氧/煤油發(fā)動機YF-100和50噸級推力液氫/液氧發(fā)動機YF-77。“三個模塊”指的是使用氫氧推進劑的5m直徑模塊、使用液氧/煤油推進劑的3.35m直徑模塊和2.25m直徑模塊。

長征-6火箭是我國新一代運載火箭中首先投入發(fā)射的火箭，其可將1t的有效載荷發(fā)射到700km高度的太陽同步軌道。其一級火箭采用了我國最新研制的120噸級液氧/煤油發(fā)動機。該發(fā)動機也將用于2016年發(fā)射的新型運載火箭長征-5上。因此，長征-6的發(fā)射，考驗了新研制的120噸級液氧/煤油發(fā)動機，為新一代航天運載系列的主力—長征-5、7火箭的成功發(fā)射，跨出重要的第一步。

長征-5運載火箭系列，其最大的低地球軌道運載能力可達25t，它最大的地球同步轉移軌道運載能力可達14t。在長征-5火箭發(fā)射成功后，將相繼用它發(fā)射嫦娥-5和載人空間站。在這基礎上，還要發(fā)展低地球軌道運載能力為100t的重型運載火箭，為未來的載人登月和載人登火星提供必需的運載能力。

長征-6火箭采用了獨特的發(fā)動機氧箱自增壓技術，創(chuàng)造性地使用了發(fā)動機燃氣滾控系統(tǒng)，利用一級發(fā)動機渦輪泵做功后引出高溫高壓富氧燃氣，與發(fā)動機一起對火箭進行滾動姿態(tài)控制，以保證火箭飛行過程中的姿態(tài)穩(wěn)定。

由此可見，我國新一代運箭火箭系列的首發(fā)火箭長征-6，是一項具有一系列科技創(chuàng)新的重大成果。由于我國運載火箭的發(fā)展，已成為制約我國航天發(fā)展的瓶頸。因而，這次長征-6火箭的發(fā)射，已成為中國航天人近年來最關心的一次航天發(fā)射。“雄關溫道真如鐵，而今邁步從頭越”，展望未來，由長征-6火箭開啟的我國航天新長征，將任重而道遠。