实现5.5 吨至14 吨之间高轨道运力衔接——长七A 火箭研制意义、未来应用前景解读

文/ 郑恩红 摄/ 吴桐小雨

箭起琼州，大幕开启。

长征七号A 运载火箭发射成功，意味着我国新一代中型高轨运载火箭发射取得成功。

据长七A 火箭副总师马忠辉介绍，长七A 火箭地球转移轨道运载能力不低于7.0 吨，奔月轨道能力不低于5.0 吨，200×5000 公里零倾角轨道能力不低于5.5 吨。

作为新一代运载火箭里的主力火箭之一，长七A火箭能够填补现有主力火箭运力空白，解决未来大中型卫星发射的迫切需求，带动我国运载火箭的全面更新换代，且在文昌航天发射场可快速形成发射能力，优化我国航天发射场能力布局。

此外，未来长七A 火箭除了投入到我国高轨卫星主战场发射任务外，还能执行零度轨道倾角卫星发射任务以及月球、火星和小行星探测等深空探测任务。

从5.5 吨到7 吨的跨越

据了解，未来高轨卫星发射重量可达6 吨至7 吨左右，然而我国现有主力运载火箭因为当时研制条件所限，运载能力显得相对不足。

长期以来，“金牌火箭”长三甲系列运载火箭几乎包揽了我国绝大多数高轨道航天器发射任务，是我国高轨道上发射次数最多、成功率最高的火箭系列。

在我国现役火箭型谱中，作为我国具备高轨道发射能力的运载火箭，长三乙能够将5.5 吨的有效载荷送到地球同步转移轨道。长征五号作为新一代大型运载火箭，地球同步转移轨道运载能力为14 吨。

而长七A 火箭可将我国中型高轨运载火箭地球同步转移轨道运载能力提升至7 吨，随着火箭的复飞成功，可以更好地实现5.5 吨至14 吨之间的运载能力衔接。

“长七A 运载火箭的运载能力有较大提升，填补了5.5 吨至7 吨之间的空白，可以满足未来大部分高轨卫星的发射需求，这对有效载荷来说将是一个平台的升级换代。”长七A 火箭总设计师范瑞祥表示。

未来，在地球同步轨道上，具备7吨运载能力的长征七号A 火箭，将和具备5.5 吨运载能力的长征三号甲系列火箭、具备14 吨运载能力的长征五号运载火箭，形成更加优化、合理的能力布局，这将大力提升中国航天进入空间的能力，对推进高轨道卫星组网建设具有重大意义。

开拓更广阔的舞台

我国自上世纪80 年代开始，就围绕新一代运载火箭开展了规划，逐步形成了小、中、大新一代运载火箭的型谱发展规划。

据介绍，目前长征七号系列主要有长征七号和长征七号A 两型运载火箭。长七火箭主要面向近地轨道、太阳同步轨道发射任务；长七A 火箭主要面向地球同步转移轨道发射任务。两型火箭在发射目标轨道类型上完全互补，在运载能力上都属于中型火箭。

经过8 年的艰苦攻关，2016 年6月25 日，我国新一代中型运载火箭长征七号首飞成功。2017 年4 月20日，长征七号成功发射天舟一号货运飞船。

据长七A 火箭总体主任设计师魏远明介绍，长征七号火箭是专门为载人航天工程发射货运飞船而研制的一型火箭，它的发射轨道是近地点200 公里、远地点400 公里的近地轨道。

而同属一个系列的长征七号A 火箭则是为了满足高轨道发射能力而研制的一型火箭，它的发射轨道是近地点200 公里、远地点36000 公里的地球同步转移轨道。

“火箭的运载能力有多大，中国航天的舞台就有多大。长七A 火箭研制成功，意味着中国航天的舞台从400公里向36000 公里拓展，舞台更加广阔。”范瑞祥说。

后续，长征七号系列还将根据任务需求研制更大直径整流罩构型，随着发动机能力提升成果的应用，进一步优化各模块方案，提升能力。

加快现役运载火箭更新换代

值得注意的是，现阶段我国主力发射高轨道的火箭除了运力不足，还存在着发动机燃料不符合绿色环保基本要求的问题。

常规火箭发动机使用四氧化二氮、偏二甲肼等剧毒推进剂，吸入蒸汽会对人体产生危害，而液氧/煤油推进剂本身无毒，燃烧后的主要产物为二氧化碳和水。

长七A 火箭与长七火箭同样采用的是液氧煤油推进剂，还有液氢液氧作为三子级的推进剂，所以长七A 火箭也同样有“绿色火箭”的称号。

总体来说，长七A 火箭恰好实现了运载能力与绿色环保的完美结合。据悉，按照我国运载火箭升级换代策略，新一代运载火箭预计将在2025 年前后初步实现对现役运载火箭的更新换代。作为新一代中型运载火箭主力构型，长七A 火箭完成立项研制并投入到主战场发射，是实现这一战略举措的重要支撑。

根据目前的任务安排，长七A 火箭2025 年前任务安排饱满，将每年执行3～5 次发射任务，为我国航天强国建设提供坚实保障。

充分发挥北纬19 度的天然魅力

翻阅地图，人们很快能看到西昌卫星发射中心和文昌航天发射场这两个地方的位置，一个在北纬28 度，一个在北纬19 度。

作为中国第四座航天发射场、中国首个滨海发射基地，文昌航天发射场也是世界上为数不多的低纬度发射场之一，它占地18222亩，约1215万平方米。

因为地球同步轨道最终要变轨到零倾角，发射场纬度越低就越能借助接近赤道的较大线速度以及惯性带来的离心现象，使火箭燃料消耗大大减少，变轨到零倾角需要的能量越小。因此纬度越低，就越适合发射地球同步轨道卫星。

文昌航天发射场地理位置优越，除了纬度低，还因为建在海边，火箭残骸的落区不会像内陆发射场那样受限制，可以最大限度降低火箭航区和残骸落区安全隐患。同时，运输限制少，可以采用海运方式运输新型大尺寸航天产品，运输方式经济可靠。

长七A 火箭就是专门为发射地球同步轨道卫星设计的火箭，因此文昌航天发射场的优势不言而喻。

从另一方面来说，近年来，随着宇航发射任务的高密度节奏，发射场渐渐处于繁忙而拥挤的状态，在高峰期，甚至会出现3 发火箭同时在场的情景。

长期以来，地球同步轨道卫星的发射只在西昌卫星发射中心进行，随着长七A 的研制和发射成功，在文昌可快速形成发射能力，对推进高轨卫星组网建设具有重大意义。

发展长七A 火箭在文昌的发射能力，有力推动了我国航天发射场能力布局的优化进程。

探月、发射零倾角卫星展现优势

长七A 火箭首飞成功，未来可投入到我国高轨卫星主战场发射任务，包括地球同步转移轨道、倾斜地球同步轨道、中地球轨道等转移轨道发射任务，配备上面级可将有效载荷直接送入工作轨道，也可执行零度轨道倾角卫星发射任务以及探月、探火和小行星探测等深空探测任务。

长七A 火箭和长五火箭一样，可以在文昌航天发射场执行探月任务，其基本原理和发射地球同步转移轨道卫星基本相同。

主要差异是火箭三级二次点火后的偏航飞行姿态和工作时间有所不同，偏航飞行姿态主要用来调节轨道倾角，三级二次工作时间主要用来调节飞行速度，通过弹道设计迭代，可找到“最优解”。

此外，长七A 火箭在文昌航天发射场执行发射任务，可以充分利用地理纬度低的优势来发射低轨道倾角卫星。

零度轨道倾角卫星是低轨道倾角卫星中的一种，是指运行在赤道上空、轨道倾角为零度的卫星。发射此类卫星，最节省能量的方法是在赤道上发射。

但由于我国没有位于赤道附近的发射场，因此，选择低纬度的文昌航天发射场进行发射，在火箭飞行过程中加偏航改变轨道倾角到零度，是现实可行的最佳方案。

长七A 火箭的基本飞行方案与发射地球同步转移轨道卫星类似，只需调节火箭三级二次飞行段的偏航程序角和飞行时间，通过弹道设计迭代，找到“最优解”，就能实现零度轨道倾角卫星发射。★