长征七号的技术创新与设计优化

文/ 杨成

5月29日晚，长征七号运载火箭从中国文昌航天发射场启程，将天舟二号货运飞船准确送入预定轨道，成功接力中国空间站在轨建造第二棒。

按照空间站在轨建造任务规划，今明两年我国安排实施11次飞行任务。任务就像接力赛跑环环相扣，每发任务的成败都将关乎中国空间站在轨建造计划能否顺利实施。

从“零窗口”到“窄窗口”

发射窗口是指允许火箭发射的时间范围。对于常规的发射任务来说，发射窗口要求比较宽泛，可能会以小时计，而对于一些特殊的任务，发射窗口要求就会特别苛刻，必须按照预先计算好的时间，分秒不差地点火升空，也就是“零窗口”。2017年长七火箭发射天舟一号货运飞船时，就是“零窗口”发射。

本次任务的重要目标是实现天舟二号货运飞船与天和核心舱的交会对接，而完美对接首先需要完美入轨。这就要求火箭必须将货运飞船精准发射到天和核心舱所在的空间轨道面内，以保证两个航天器顺利实现交会对接。

地球是以15度/小时的速度在自转，如果火箭起飞时间偏离了发射窗口，将会使货运飞船错过空间站所在的轨道面，要花费较长时间进行轨道调整，进而消耗更多推进剂，甚至影响交会对接任务。

虽然已经掌握了“零窗口”发射技术，但为了更好地提高火箭按时发射的能力，本次任务中，长七火箭首次采用了自动获取起飞时间进行入轨目标参数在线迭代修正技术，将“零窗口”拓展为“窄窗口”发射，时间段为120秒。

长七火箭试验队现场01指挥员、主任设计师徐利杰解释说：“如果起飞时间的偏差在120秒以内，火箭也可以自行修正飞行轨迹，保证货运飞船仍然能够进入核心舱所在的轨道面。”

130多项优化改进设计

本次任务是长七火箭的第3次发射，距离长七遥二火箭发射已经过去了4年时间。其间，技术团队开展了130多项优化改进设计，使火箭性能更优，更适应批量生产和高密度发射的形势。

中国运载火箭技术研究院12所测发控系统主管设计支晶介绍，本次任务中，在原长七测发控系统的基础上，技术团队进行了通用设备改进，使得一套地面设备就能满足长征七号、长征七号A、长征八号三型火箭的发射任务需求。如此一来，像火工品、等效器这样的产品，只需要切换面板、转接电缆，就能很快完成不同型号间的转换。

此外，长七遥三火箭身上还有许多不甚显眼的“大改变”——拓宽了测控“高速公路”，应用6Mbps高码率Ka频段天基测控技术，相比遥二火箭传输码率提高约20倍；将助推和一级尾端、一级后过渡段由复合涂层改为普通涂层，既简化了施工工艺，又缩短了生产周期；优化箭上测量系统设计，删减了约1/3的箭上测点，减少研究性测量参数，测量系统单机数量减少近一半，不仅节省成本，也有助于提升部分关键参数的采样精度。

“接班人”和“主力军”

长征七号运载火箭是我国新一代中型运载火箭的基本型，以长征七号火箭为基础，衍生出具备高轨发射能力的长征七号A火箭。随着两型火箭技术方案的完善和性能的稳定，长征七号系列火箭将逐步成为我国未来航天发射任务的“主力军”，执行更多的重大发射任务。

另外，长征七号运载火箭近地轨道运载能力达到14吨，论“力气”，比传统燃料的运载火箭多出一半以上，因此它不仅可以实现大型有效载荷的发射任务，还可以搭配上面级或者二级采用多次启动技术，实现太阳同步轨道大型有效载荷或多星组网发射。