“箭丁兴旺”的长征家族

2017-01-04思飞

百科知识 2016年24期

思飞

中国首枚大型运载火箭长征五号11月3日在海南文昌航天发射场成功发射，这意味着长征火箭家族又增添新的成员，而且这个新成员还是个“大块头”，成为长征家族中的“巨无霸”。

火箭的能力有多大，航天的舞台就有多大。可以说，中国航天科技的每项成就都首先归功于长征系列运载火箭。我国陆续研制出的运载火箭有长征一号、风暴一号、长征一号丁、长征二号、长征二号丙、长征二号丙改进型、长征二号丁、长征二号E、长征二号F、长征二号FT1、长征二号FT2、长征三号、长征三号甲、长征三号乙、长征三号丙、长征四号、长征四号甲、长征四号乙、长征四号丙、长征六号、长征十一号、长征七号以及近日首飞的长征五号，总计达23种型号，除了8种已经退役，其余正在服役。

新一代小型运载火箭

我国一般将近地轨道运载能力为2吨及其以下的火箭称为小型运载火箭，近地轨道运载能力2～20吨的火箭称为中型运载火箭，近地轨道运载能力20～50吨的火箭称为大型运载火箭，近地轨道运载能力50吨及其以上的火箭称为重型运载火箭。

我国新一代小型运载火箭主要是以液氧煤油为推进剂的长征六号和固体燃料的长征十一号火箭。它们已于2015年相继成功首飞。小型火箭具有发射成本低、筹射时间短，适应性强、安全性好等特点。

垂直转运中的长征五号运载火箭

长征六号将开拓一号、希望二号、天拓三号、纳星二号、皮星二号、紫丁香二号等20颗微小卫星送入太阳同步轨道运行，创下我国一箭20星的新纪录。长征六号火箭第一级直径3.35米，推力136.73吨;第二级直径2.25米，推力18.01吨;第三级推力0.408吨。全箭长29.3米，起飞质量103吨，具备将500千克的载荷运送到700千米高度的太阳同步轨道的能力。它所采用的液氧煤油发动机无毒无污染，绿色环保且燃烧效率高，技术上有一个质的飞跃。

长征十一号是我国首枚固体运载火箭。11月10日，它刚刚把我国首颗脉冲星实验卫星以及其他4颗卫星发射上天，刷新我国固体运载火箭一箭多星的发射纪录。长征十一号高20.8米，直径2米，为四级火箭，起飞质量58吨，起飞推力120吨，能把700千克的有效载荷送入近地轨道运行，把350千克的有效载荷送入太阳同步轨道运行。

由于使用固体燃料，以及采用能够自主移动完成测试准备的发射平台，长征十一号可在24小时内完成发射准备工作，大大缩短了筹射时间。全箭由固体发动机、发射支持系统组成，一级采用我国最大规模和推力的固体火箭发动机，具有可整体贮存、操作简单、发射成本低、发射周期以小时计算等特点，最大的优势是快速、便捷、灵活，可实现卫星快速组网和补网，能及时满足自然灾害、突发事件等应急发射需求。以抗震救灾为例，长十一火箭可以在24小时内将小卫星运送至灾区上空，对受灾情况进行快速勘察并传回信息。与此相比，液体运载火箭射前准备需要20～30天，而具备快速发射能力的新一代小型液体运载火箭长征六号射前准备也需要7天时间。

新一代中型运载火箭

新一代中型运载火箭以长征七号为代表，于今年6月25日成功首飞。长征七号是为满足未来我国载人空间站工程“天舟”号货运飞船的发射而研制的，采用两级半构型，总长53.1米，以煤油和液氧为推进剂，起飞质量约597吨，近地轨道运载能力13.5吨，太阳同步轨道运载能力5.5吨。长征七号通过捆绑不同数量、种类的助推器，可以形成运载能力覆盖较为全面的中型火箭系列，可陆续替代现有的长征二号、三号、四号系列火箭，承担我国80%左右的航天发射任务。

与此同时，火箭推进剂也在进行着更新换代，即以无毒、无污染的液氧煤油或液氧液氢来代替现役火箭所采用的有毒性的四氧化二氮和偏二甲肼。长征七号采用煤油液氧发动机，燃烧只产生水和二氧化碳，实现无毒、无污染，不仅环保而且成本也大大降低。火箭体重几百吨，其中90%以上都是燃料。由于燃料重量不能随意增减，为了能把更多的有效载荷送上太空，减轻火箭自重就成了关键。长征七号火箭外壳很薄，最薄处仅有0.8毫米，犹如蝉翼却力量惊人，能够满足强度要求。

长征十一号运载火箭

新一代大型运载火箭

作为我国首枚“大火箭”，长征五号突破了长征家族现役火箭芯级直径3.35米的限制，达到了5米直径的箭体结构，助推器最大直径达3.35米。

长征五号运载火箭采用四种通用化的模块通过不同的搭配方式能够组成六款火箭构型。5米直径芯一级模块配置两台以液氢液氧为推进剂的YF-77火箭发动机，产生100吨的推力;5米直径芯二级配有两台YF-75D氢氧发动机，产生16吨的推力;3.35米直径助推器配有两台YF-100液氧煤油火箭发动机，产生240吨的推

力;2.25米直径助推器对应一台YF-100液氧煤油火箭发动机，产生120吨的推力。四种模块中，芯一级是各款火箭都必须采用的，如果再加上芯二级即上面级，那么火箭就比只采用芯一级的要高大得多。如果芯一级捆绑4个3.35米直径助推器，就要比捆绑4个2.25米直径助推器的火箭胖一些。

不同构型的火箭，依次用字母A～F表示。构型A、B、C为捆绑着助推器的一级半火箭结构，主要用于发射近地轨道航天器;构型D、E、F为捆绑着助推器的二级半火箭结构，主要用于发射高轨道航天器。所谓“半级”，是因为航天界将芯一级周围捆绑的助推器均定义为半级火箭。

以长征五号基本型即D构型为例，这种两级半火箭由上至下依次为卫星整流罩、5米直径芯二级即上面级、5米直径芯一级以及芯一级外围捆绑的4个助推器（2个3.35米直径助推器和2个2.25米直径助推器交替排列，每个助推器上有一个稳定尾翼）。

此次发射的长征五号运载火箭是最大的E构型。与D构型的区别在于4个助推器均为3.35米直径，显然它的起飞推力要大于长征五号D，更大于其他长征系列火箭，首次超过1000吨以上。起飞重量约870吨，具备近地轨道25吨级、地球同步转移轨道14吨级的运载能力，比现役火箭的运载能力提升了2.5倍以上。

六种构型的长征五号火箭可覆盖近地轨道10～25吨、地球同步转移轨道6～14吨的运力能力，这将为2017年发射嫦娥五号落月器进行采样并返回地球以及2020年前后发射有关舱段在太空对接组装完成我国载人空间站等重大航天工程奠定坚实基础。长征五号系列火箭综合指标将达到国际主流的运载火箭水平，同时也将大幅度提升我国开发利用空间资源、维护国家安全的能力，为我国未来航天科技的发展搭建更广阔的舞台。

同时，为了实现载人登月和送人着陆火星以及重大的深空探测等目标，我国已经启动重型运载火箭长征九号的关键技术研制，其近地轨道运载能力将达100吨以上，这无疑又是一步巨大的跨越。这些目标的实现，将使长征系列运载火箭为我国航天事业谱写新的华章！