“高軌新兵”入列：揭秘長(zhǎng)征七號(hào)A

3月12日凌晨，由中國(guó)航天科技集團(tuán)一院抓總研制的長(zhǎng)征七號(hào)A運(yùn)載火箭（下稱“長(zhǎng)征七號(hào)A”），在海南文昌發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，將試驗(yàn)九號(hào)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。本次發(fā)射的試驗(yàn)九號(hào)衛(wèi)星主要用于空間環(huán)境監(jiān)測(cè)等新技術(shù)在軌驗(yàn)證試驗(yàn)。

長(zhǎng)征七號(hào)A是在長(zhǎng)征七號(hào)火箭基礎(chǔ)上，與長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭三子級(jí)組合形成的三級(jí)半火箭，是我國(guó)新一代中型運(yùn)載火箭的主力構(gòu)型，同時(shí)具備零傾角軌道、奔月軌道等高軌發(fā)射能力。

目前我國(guó)具備高軌道發(fā)射能力的主力運(yùn)載火箭，能夠?qū)?.5噸的有效載荷送到地球同步轉(zhuǎn)移軌道。而長(zhǎng)征七號(hào)A運(yùn)載能力不低于7噸，填補(bǔ)了我國(guó)運(yùn)載火箭地球同步轉(zhuǎn)移軌道5.5噸至7噸運(yùn)載能力的空白。

未來，在36 000公里的地球同步軌道上，具備7噸運(yùn)載能力的長(zhǎng)征七號(hào)A將和具備5.5噸運(yùn)載能力的長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭、具備14噸運(yùn)載能力的長(zhǎng)征五號(hào)火箭一起，形成更加優(yōu)化、合理的能力布局，這將大力提升中國(guó)航天進(jìn)出空間的能力，對(duì)推進(jìn)高軌道衛(wèi)星組網(wǎng)建設(shè)具有重大意義。

作為長(zhǎng)征七號(hào)系列運(yùn)載火箭的新成員，長(zhǎng)征七號(hào)A與長(zhǎng)征七號(hào)有何異同？

長(zhǎng)征七號(hào)A是為了滿足高軌道發(fā)射能力而研制的一型火箭。所謂“高軌道”通常是指近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)36 000公里的地球同步轉(zhuǎn)移軌道。北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、通信衛(wèi)星都是這個(gè)軌道上的“?？汀薄Ｄ壳拔覈?guó)長(zhǎng)征三號(hào)甲系列和長(zhǎng)征五號(hào)火箭都具備高軌發(fā)射能力，長(zhǎng)征七號(hào)A則是一位“高軌新兵”。

長(zhǎng)征七號(hào)是我國(guó)新一代中型運(yùn)載火箭的代表，為載人航天工程發(fā)射貨運(yùn)飛船而研制，發(fā)射軌道是近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)400公里的近地軌道。神舟飛船、天宮一號(hào)、天宮二號(hào)和我國(guó)未來空間站都在這個(gè)軌道上工作。

除了長(zhǎng)征七號(hào)，我國(guó)的長(zhǎng)征二號(hào)F火箭、長(zhǎng)征五號(hào)B火箭都具備近地軌道發(fā)射能力，而且都是為支撐我國(guó)載人航天工程建設(shè)而研制的火箭。

長(zhǎng)征七號(hào)于2016年完成首飛。2017年4月20日，長(zhǎng)征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭成功發(fā)射了我國(guó)第一艘貨運(yùn)飛船，因而它也獲得了載人空間站“貨運(yùn)專列”的稱號(hào)。

簡(jiǎn)言之，長(zhǎng)征七號(hào)A和長(zhǎng)征七號(hào)最大的不同就是發(fā)射的載荷功能不同、軌道不同。一個(gè)是填補(bǔ)運(yùn)載能力空白的“高軌新兵”，一個(gè)是我國(guó)載人空間站的“貨運(yùn)專列”。

乍一看，長(zhǎng)征七號(hào)A與長(zhǎng)征七號(hào)在外形上沒什么區(qū)別，都是“瘦高個(gè)”。仔細(xì)一對(duì)比，長(zhǎng)征七號(hào)A更高。

長(zhǎng)征七號(hào)A全長(zhǎng)60.1米，長(zhǎng)征七號(hào)則是53.1米。它們之間相差的7米是什么呢？

原來，長(zhǎng)征七號(hào)是由芯一級(jí)、芯二級(jí)加上助推器組成的兩級(jí)半構(gòu)型，而長(zhǎng)征七號(hào)A是三級(jí)半構(gòu)型，多出了一個(gè)芯三級(jí)。

芯三級(jí)模塊主要是用于給長(zhǎng)征七號(hào)A提供飛往更高軌道的動(dòng)力，這也是它能成為“高軌專列”的重要原因之一。

兩型火箭的外觀區(qū)別還在于整流罩。長(zhǎng)征七號(hào)的整流罩柱段高度為8米，長(zhǎng)征七號(hào)A的則為5.5米，個(gè)子高的“腦袋”反而更小。原因是火箭的有效載荷由貨運(yùn)飛船變?yōu)榱诵l(wèi)星，為了更好適應(yīng)未來高軌衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)，整流罩相應(yīng)也做出了調(diào)整。

這“哥倆”在外觀上也有很多相同之處。比如它們的芯一級(jí)、芯二級(jí)直徑都是3.35米，助推器直徑也都是2.25米。

火箭燃料儲(chǔ)存在助推器和芯級(jí)的儲(chǔ)箱中，燃料燃燒完后，就要按照控制程序，讓沒有燃料的助推器或芯級(jí)從箭體上分離，讓剩余部分輕裝前行。

其中，助推器通常工作時(shí)間較短，一般在火箭點(diǎn)火后幾十秒就會(huì)用盡燃料，與芯一級(jí)分離。

世界上絕大多數(shù)火箭都采用這種分離方式，長(zhǎng)征七號(hào)也是如此。該火箭點(diǎn)火大約174秒后助推器分離，188秒后芯一級(jí)分離。

長(zhǎng)征七號(hào)A卻不同。它的助推器不單獨(dú)分離，而是跟芯一級(jí)結(jié)合，在火箭起飛后173秒左右，一起與芯二級(jí)分離。

這種設(shè)計(jì)有很多好處。比如，助推器不單獨(dú)分離，就可以少配備一套分離系統(tǒng)，降低了分離系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少分離裝置和伺服機(jī)構(gòu)的數(shù)量，提升火箭可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

但要做到讓助推器和芯一級(jí)一起分離也不容易，首先要確保助推器和芯一級(jí)的燃料幾乎同時(shí)燃燒完，這必須通過精確設(shè)計(jì)，調(diào)整助推器和芯一級(jí)燃料的加注量、調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)序、調(diào)整一二級(jí)反推火箭位置等才能實(shí)現(xiàn)。

為此，長(zhǎng)征七號(hào)A芯一級(jí)、芯二級(jí)的燃料加注量有所減少，這也使個(gè)子比長(zhǎng)征七號(hào)更高的它，起飛重量卻更輕。

長(zhǎng)征七號(hào)在新一代運(yùn)載火箭大家族的創(chuàng)新之路上，可謂跨了一大步，肩負(fù)了技術(shù)進(jìn)步的歷史重任。

長(zhǎng)征七號(hào)的研制歷時(shí)8年，僅初樣研制階段，研發(fā)人員就做了1600多項(xiàng)研制試驗(yàn)，大型地面試驗(yàn)超過360項(xiàng)。長(zhǎng)征七號(hào)也是我國(guó)第一枚數(shù)字化火箭，也是首枚在文昌發(fā)射場(chǎng)發(fā)射的火箭，全部采用先進(jìn)的無毒無污染液氧煤油推進(jìn)劑，將我國(guó)火箭的運(yùn)載能力提升了1.6倍。

長(zhǎng)征七號(hào)A研制團(tuán)隊(duì)則不走尋常路，雖然在2020年6月因助推器氧箱出流口發(fā)生了空化現(xiàn)象導(dǎo)致首飛失敗，但研究人員經(jīng)過夜以繼日的努力使得火箭再次升空。研制團(tuán)隊(duì)攻克了大長(zhǎng)細(xì)比火箭姿態(tài)控制技術(shù)等大量關(guān)鍵技術(shù)，不斷創(chuàng)新研制規(guī)律，加快研制進(jìn)度。比如高精度高空風(fēng)場(chǎng)測(cè)量準(zhǔn)實(shí)時(shí)雙向風(fēng)修正技術(shù)的應(yīng)用，使火箭飛行中的風(fēng)載荷降低了24%，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平;6Mbps 速率Ka頻段天基測(cè)量技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了Ka頻段天基測(cè)量6Mbps傳輸技術(shù)在火箭上的應(yīng)用;助推不分離和芯級(jí)不搖擺技術(shù)在國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用，為未來的集束式回收奠定了基礎(chǔ)……

長(zhǎng)征七號(hào)A火箭總指揮孟剛介紹，按照我國(guó)運(yùn)載火箭升級(jí)換代策略，新一代運(yùn)載火箭將在2025年前后初步實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)役火箭的更新?lián)Q代。根據(jù)目前任務(wù)安排，長(zhǎng)征七號(hào)A 2025年前任務(wù)安排飽滿，每年將執(zhí)行3至5次發(fā)射任務(wù)。

后續(xù)，長(zhǎng)征七號(hào)A還將根據(jù)任務(wù)需求研制更大直徑整流罩構(gòu)型，在當(dāng)前基礎(chǔ)上通過增加上面級(jí)等方案，實(shí)現(xiàn)零度軌道傾角衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，執(zhí)行探月、探火和小行星探測(cè)等深空探測(cè)任務(wù)，為我國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)保障。（據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》《光明日?qǐng)?bào)》）