直击“长征七号”发射

郑永春

2016年6月25日20时00分，我国新一代运载火箭“长征七号”在海南文昌卫星发射中心点火升空，约603秒后，载荷组合体与火箭成功分离，进入近地点200千米、远地点394千米的椭圆轨道，至此，“长征七号”运载火箭首次发射圆满成功。笔者有幸在现场目睹了火箭发射全过程，深感震撼与自豪。亲眼看到一个六百吨重的大家伙在几十秒内从地上垂直起飞，瞬间地动山摇，真的感觉特别激动！

建在海边的航天发射场

美国和欧洲的航天发射场多建于海边。如美国肯尼迪航天中心（Kennedy Space Center，缩写为KSC）就建在大西洋边的卡纳维拉尔角（Cape Canaveral），这里发射的火箭直接飞往大西洋上空，观景效果很好，美国人常拖家带口去观看火箭发射。欧洲空间局的库鲁发射场（Kourou，位于南美洲北部法属圭亚那中部）面向加勒比海，每次发射时也有很多人观看。所以，航天发射可以跟当地旅游业很好地结合起来协同发展。

中国以前的航天发射场都位于内陆，交通不便，不具备旅游和观光条件。随着文昌卫星发射中心建成，今后我们也能现场观看火箭发射，建议大家有机会一定要去看看，看完发射之后再环岛游，是一种很好的休闲和旅游方式。在中国原有的三个航天发射场中，酒泉卫星发射中心建于1958 年，是我国首个发射场，位于甘肃与内蒙古交界处的戈壁滩。太原卫星发射中心建于1967 年，位于山西省忻州市岢岚县的山沟里。西昌卫星发射中心位于四川省凉山州西昌市冕宁县的山沟里，只有文昌卫星发射中心是我国唯一的滨海发射场。

长征七号——新一代运载火箭的主力型号

长征七号是新一代中型运载火箭，主要服务于我国载人空间站工程，用于发射货运飞船，相当于从地球往太空运输的解放牌大货车，是主力型号。

我们看到，俄罗斯发射的火箭是平躺运输的，发射时再把它举起来。因为从平躺到举起过程中会有一些松动或意外发生，所以生产、测试完成后越少折腾，成功概率越高。而且，文昌卫星发射中心只有两个发射塔，用了一个就只剩一个了。以前火箭发射要占用发射塔的时间很长，在发射塔里进行组装和测试，然后加注燃料后才能发射。由于发射前的准备阶段周期很长，发射塔的利用效率就不高。我国以往每年火箭发射的次数较少，所以占用发射塔的时间长短并非重要因素。现在每年发射任务达二十多次，以后发射次数还会越来越多，这样就希望每次发射任务占用发射塔的时间越短越好。如今，长征七号已解决了这个问题。它在总装厂房里垂直组装和测试，组装和测试完成后整体转运。这既是发射场的进步也是火箭的进步，因为发射场和火箭是紧密联系在一起的。

长征七号火箭从天津基地生产出来时是一段一段的，出厂后装进专用集装箱，坐远望21 号运输船沿渤海、黄海、东海、南海，最后到达海南岛。 卸船后在文昌卫星发射中心的火箭总装厂房里进行垂直组装，测试火箭整体机电接口和各系统是否匹配。这里透露一个小秘密，我国火箭的海上运输享受特殊优待，运输火箭的集装箱自带空调，恒温恒湿。垂直转运时，发射台重达1800 吨，火箭本体重几十吨，总重约2000吨，运抵发射塔后很快可以加注燃料，随时待命发射。所以，长征七号火箭发射时占用发射塔的时间只需短短几天就够了。

咦，发射塔怎么在冒气儿？原来，长征七号火箭的燃料和之前的火箭不一样。以前的长征二号、三号、四号火箭采用四氧化二氮作为氧化剂，偏二甲肼作为还原剂，进行剧烈的氧化还原反应，这些燃料可以在常温下储存。而长征七号采用液态氧气和航空煤油作为燃料，为什么采用煤油这么普通的燃料呢？。其实这也不奇怪，因为火箭每次发射需要消耗非常多的燃料。长征七号火箭的起飞重量达597吨，其中90%是燃料，所以采用廉价燃料在发射时才有价格竞争力。而氧气在零下183 摄氏度才能成为液态，要保持液态氧气加满状态，一方面要减少挥发，及时补加，另一方面要进行隔热保温。下图中冒出的白烟实际上是水蒸气，到临发射前才把加注燃料的管子拔掉。

大家知道，火箭是航天事业发展的基础。没有火箭，飞行器哪里都去不了，只能是空谈！发动机是火箭的心脏。没有好的发动机，火箭也发挥不了作用。我觉得，运载能力一直是航天发展的瓶颈，如果运载能力不够想载人登月也好，载人去火星也好，都不可能实现。载人登陆火星往返需500天，需消耗大量的水、食物、氧气等，以及大量科学探索、生命保障和生活居住设施，需要非常庞大的运载能力。

发动机一直是我国火箭研制的短板。长征七号装配的这款YF-100发动机历时近八年时间研制。为什么叫YF-100？YF是液体燃料发动机的拼音缩写，100说明火箭的地面推力为100吨（后来根据任务需要进行改进，把地面推力提高到了120 吨）。

长征七号首次采用三维数据管理流程研制，包括：三维协同设计、三维设计数据管理和三维流程仿真。火箭是一个十分复杂的动力系统，包括很多液体管道、电子元器件、电源线路、计算机、芯片等，这些设备都需要精确测量和控制。首先，需要精确测量火箭自参数和环境特征，了解各系统的工作状态，根据这些参数和状态指导下一步工作。如发动机燃料的精确控制，箭体自身姿态的精确测量等等，相当于让大力士做绣花活，这个精确控制的过程难度不小。

长征七号研制过程中不用一张纸质设计图，是首款全数字化研制的火箭。纸质设计图制作和审查流程繁复，似乎很可靠，但它容易出现一个问题，如两处设计的数字差一点，明明错误一直存在，却总是查不出来。而采用数字化设计后，大大减少了此类系统之间设计不匹配的故障概率。

火箭发射不是放“太空烟花”，而是要搭载“乘客”的。火箭发射是航天任务的第一步，把“乘客”从地面送入太空，火箭的任务才算完成了。

那么，这次长征七号火箭发射，都有哪些“乘客”呢？第一个“乘客”是太空摆渡车。长征七号一共搭载了六个乘客，他们分别要去不同的位置。有的要去高一点的轨道，有的要去低一点，有的要往左，有的要往右。这样就需要一个摆渡车，把乘客摆渡到不同位置。这辆摆渡车相当于一辆客运大巴车。火箭把货物送入太空后，再由大巴车把“乘客”送到不同的位置。太空摆渡车可以多次到站卸“客”或变轨，是先后可以几十次点火的重要载荷。

第二个“乘客”是多用途飞船缩比返回舱，重2.6吨，可载人也可载货。所谓返回舱，就是发射进入太空，完成使命后将再进入大气层返回地面的设备。所谓缩比就是按照比例缩小，1：0.6等比例缩小。等比例缩小的目的一方面是由于1：1返回舱的研制费用高，能省一点是一点。另一方面，缩比返回舱对验证飞船气动外形，获取大气再入的基础数据已经满足要求了。第二天下午三点，缩比返回舱在内蒙古巴丹吉林沙漠的东风着陆场成功着陆。

长征二号、三号、四号是上一代火箭，均采用偏二甲肼和四氧化二氮的有毒燃料。而长征五号、六号、七号属于新一代运载火箭，均采用液氧和煤油作为燃料，绿色环保。这几款火箭的用途各有不同，新一代火箭中运载能力最小的是长征六号，近地轨道运载能力为1 吨；长征七号是一款中型火箭，近地轨道运载能力为13.5 吨；长征五号是一款大火箭，近地轨道运载能力可达25 吨。

有了长征七号这柄利剑，中国要在2020年建成空间站的目标就有了坚实的基础。让我们期待今年下半年神舟十一号飞船和天宫二号的发射、长征五号首飞，以及明年初的天舟一号货运飞船发射、嫦娥五号月球样品返回。太空探索的征程永无止境。

文昌卫星发射中心的三大优势

1.节省燃料

大多数通信卫星发射时都要飞往赤道上空，所以纬度越高的发射场，消除轨道倾角耗费的机动燃料越多。文昌发射场的地理位置为北纬19度37分、东经110度57分，从纬度上讲其执行同样的发射任务比其他三个发射场要节省不少燃料。

2.安全

火箭发射后有助推器、第一级火箭、整流罩先后脱落，其他三个发射场发射时残骸会落到内陆人烟密集区，造成一定的安全隐患。曾有新闻说火箭残骸砸到建筑物，当地老百姓还以为捡到宝了，其实这些残骸并没有什么价值。文昌发射场位于海南岛最东面，发射后火箭会直接飞往南海上空，残骸落在海上要安全得多，不会伤到人。

3.方便设计和运输

我国火箭的生产运输基地在天津。天津生产的火箭，以前若要运往太原、酒泉或西昌发射，就要钻山洞、过隧道。由于隧道和山洞的直径有限，所以火箭的直径不能太大。今后在海南发射的火箭就没有这一限制。我去看过阿波罗登月的土星5号火箭（Saturn V），长达110米，尾部直径达18米，实在是太大了。这个火箭现在还在，为了保管它专门建了个大厂房。中国以后也会生产这种大型火箭，届时就可以从天津坐船运到海南。因为走海路，所以运输非常方便，也更加平稳。

此外，海南岛的自然风景很漂亮，今后还可以建立一个航天主题乐园和科技文化馆。包括消费、娱乐、影视、科幻等航天周边产品和服务，甚至可以做成迪士尼和环球影城那样。