中國(guó)新一代運(yùn)載火箭

尹懷勤

剛剛過去的2007年，中國(guó)航天不斷給人們帶來新的驚喜，尤其是首次月球探測(cè)工程，格外引人注目。其實(shí)，就在“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星升空的一周時(shí)間內(nèi)，即當(dāng)其還在繞地調(diào)相軌道階段運(yùn)行的時(shí)候，中國(guó)航天開始建設(shè)天津新一代運(yùn)載火箭產(chǎn)業(yè)化基地和海南文昌發(fā)射場(chǎng)兩項(xiàng)工程。就其未來的綜合效應(yīng)來講，這兩個(gè)基地建成后的作用將更為巨大。

大家知道，發(fā)射任何航天器，都離不開相應(yīng)的幾大工程系統(tǒng)的保障和配合工作。如發(fā)射“神舟號(hào)”宇宙飛船載人航天，需要七大工程系統(tǒng)有序地大力協(xié)同才能實(shí)施；發(fā)射“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星探測(cè)月球，需要五大工程系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)動(dòng)和適時(shí)銜接才能完成。盡管執(zhí)行不同任務(wù)的航天發(fā)射之間相比較，有些系統(tǒng)有所變更，但是都少不了航天器系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)。由此人們不難理解我國(guó)開工建設(shè)上述兩個(gè)工程基地的極端重要性。

研制新一代運(yùn)載火箭的緣由

眾所周知，中國(guó)已先后研制成功12種“長(zhǎng)征號(hào)”和1種“風(fēng)暴一號(hào)”運(yùn)載火箭。其近地軌道運(yùn)載能力為0.3～9.2噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道即高軌道運(yùn)載能力為1.45～5.1噸。這些火箭分別從酒泉、西昌、太原三個(gè)發(fā)射中心起飛，自1970年4月24日到2007年11月12日已把88顆不同類型的國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星、28顆國(guó)外制造的衛(wèi)星和自行研制的6艘“神舟號(hào)”宇宙飛船送入太空軌道運(yùn)行。上述122個(gè)航天器分別覆蓋了地球擁有的順行、太陽同步、靜止和極地四種類型的軌道。2007年10月24日“長(zhǎng)征三號(hào)甲”火箭還把“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星送上了預(yù)定軌道，成為我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展史上繼成功發(fā)射人造地球衛(wèi)星和載人宇宙飛船之后的第三個(gè)里程碑，也成為繼美、俄、歐空局之后世界上第四個(gè)主力品牌火箭執(zhí)行航天發(fā)射超過百次的國(guó)家。

鑒于西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家始終把奪取空間優(yōu)勢(shì)作為航天領(lǐng)域的首要任務(wù)，仍在不斷加速研制新型運(yùn)載工具，新世紀(jì)初已經(jīng)問世的美國(guó)“德爾塔4型”火箭、歐空局“阿里安5”改進(jìn)型火箭和日本H-2A型火箭，高軌道運(yùn)載能力最高分別達(dá)到了13.2噸、12噸和9.5噸。為使我國(guó)火箭技術(shù)繼續(xù)在世界航天發(fā)射市場(chǎng)上占有一席之地，研制新一代運(yùn)載火箭已迫在眉睫。

從我國(guó)和世界范圍的科技發(fā)展態(tài)勢(shì)看，研制新一代運(yùn)載火箭也勢(shì)在必行。一是隨著信息技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用衛(wèi)星呈現(xiàn)出重型化和星座化的趨勢(shì)，對(duì)運(yùn)載火箭提出了更高的要求。二是隨著空間技術(shù)的發(fā)展，各種天體探測(cè)器、太空望遠(yuǎn)鏡和載人航天器將呈現(xiàn)多樣化，對(duì)運(yùn)載火箭提出了更新的要求。三是隨著環(huán)?？萍嫉陌l(fā)展，人類越來越重視地球環(huán)境免受污染，對(duì)使用有毒有害推進(jìn)劑的運(yùn)載火箭提出了換代要求。

有鑒于此，2007年10月30日，中國(guó)新一代運(yùn)載火箭產(chǎn)業(yè)化基地在天津?yàn)I海新區(qū)開工建設(shè)。

新一代運(yùn)載火箭的特點(diǎn)和性能

新一代運(yùn)載火箭亦稱新型大推力運(yùn)載火箭，其型號(hào)命名將統(tǒng)一歸納為“長(zhǎng)征五號(hào)”系列。它具有三個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是推力大?；鸺龖?yīng)能滿足發(fā)射不同用途的大型衛(wèi)星、宇宙飛船和空間站的需要，能夠承擔(dān)國(guó)內(nèi)外新型航天器的發(fā)射任務(wù)，運(yùn)載能力能繼續(xù)在世界航天高技術(shù)領(lǐng)域占住靠前的席位；二是無污染。原來使用的無毒的液氫液氧推進(jìn)劑，不僅要繼續(xù)使用，而且要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。原來使用的有毒的偏二甲肼和四氧化二氮推進(jìn)劑，不僅要被無毒的煤油和液氧所取代，而且發(fā)動(dòng)機(jī)也要大型化。換句話說，新一代運(yùn)載火箭是無毒、無污染的“綠色”火箭；三是成本低。火箭要實(shí)現(xiàn)通用化、系列化和組合化設(shè)計(jì)，不僅形成高可靠性，而且降低制造成本。

高起點(diǎn)的新一代運(yùn)載火箭的技術(shù)方案可用一個(gè)重點(diǎn)、兩種動(dòng)力系統(tǒng)和三個(gè)模塊來概括。一個(gè)重點(diǎn)即以發(fā)展5米直徑的大型火箭為重點(diǎn)；兩種動(dòng)力系統(tǒng)即采用51噸推力液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)和128噸推力煤油液氧發(fā)動(dòng)機(jī)兩種新型動(dòng)力系統(tǒng)；三個(gè)模塊即以5米、3.35米和2.25米三種直徑火箭為三個(gè)基本模塊。通過模塊化的選配組合，采用軸向串聯(lián)、橫向捆綁并聯(lián)和串并聯(lián)共用的方式，既可減少研制工作量，又可形成六種高軌道和八種低軌道的新型火箭系列，滿足不同發(fā)射重量的需求。其近地軌道運(yùn)載能力可覆蓋1.2～25噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力可覆蓋1.8～14噸。兩者的最大值都比長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭實(shí)際使用的最高運(yùn)載能力高出3倍左右，可發(fā)射20噸級(jí)載人空間站、大型太空望遠(yuǎn)鏡和深空探測(cè)器以及各種重型應(yīng)用衛(wèi)星，其中的小型火箭具備雙星或多星發(fā)射更小重量級(jí)衛(wèi)星的能力，能滿足2l世紀(jì)上半葉國(guó)內(nèi)外航天發(fā)射市場(chǎng)的需要。

海南新航天發(fā)射場(chǎng)開建

在新一代運(yùn)載火箭加緊研制的同時(shí)，中國(guó)還將在海南省文昌市建設(shè)新航天發(fā)射場(chǎng)，滿足新一代無毒、無污染運(yùn)載火箭和新型航天器發(fā)射任務(wù)需求。2007年10月29日，新航天發(fā)射場(chǎng)前期工作正式開始。預(yù)計(jì)2012年建成的新發(fā)射場(chǎng)占地1.7萬畝，由技術(shù)區(qū)、發(fā)射區(qū)、指揮控制中心、跟蹤測(cè)量站以及通信、氣象、交通等技術(shù)保障系統(tǒng)組成。未來將主要承擔(dān)地球同步軌道衛(wèi)星、大質(zhì)量極軌衛(wèi)星、大噸位空間站和深空探測(cè)器等航天器的發(fā)射任務(wù)。

由于建國(guó)以來的國(guó)內(nèi)外背景等歷史原因，我國(guó)現(xiàn)有的酒泉、西昌、太原三個(gè)航天發(fā)射中心都建在內(nèi)陸地區(qū)，存在著鐵路運(yùn)輸不利于大型運(yùn)載火箭的發(fā)展、發(fā)射地理緯度高不能充分利用地球自轉(zhuǎn)速度和飛行航區(qū)安全性差等缺點(diǎn)，故而作為新一代運(yùn)載火箭研發(fā)使用配套的重要項(xiàng)目，在海南省文昌市建設(shè)新的航天發(fā)射中心。這樣，發(fā)射場(chǎng)面臨廣闊的太平洋海域，可通過水上大型交通工具運(yùn)輸巨型火箭，地理緯度低能較多地利用地球自轉(zhuǎn)速度從而節(jié)省能耗，火箭落點(diǎn)位置易于選擇，其飛行航區(qū)的安全性問題可徹底解決，亦便于開展國(guó)際交流與合作。新發(fā)射場(chǎng)啟用后，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心仍將繼續(xù)承擔(dān)返回式衛(wèi)星、載入航天工程等發(fā)射任務(wù)；太原衛(wèi)星發(fā)射中心仍主要承擔(dān)太陽同步軌道衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)；西昌衛(wèi)星發(fā)射中心將作為新發(fā)射場(chǎng)的一部分，只承擔(dān)應(yīng)急發(fā)射任務(wù)。

事實(shí)上，凡是發(fā)展航天科技的國(guó)家都最大限度地充分利用靠近赤道位置建設(shè)航天發(fā)射場(chǎng)。美國(guó)在其東南部面臨大西洋的佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角建設(shè)了航天發(fā)射中心。印度在其東南部面臨孟加拉灣海面的斯里哈里科塔建設(shè)了航天發(fā)射中心。歐洲空間局在位于赤道附近的法屬圭亞那庫魯?shù)貐^(qū)建設(shè)了航天發(fā)射場(chǎng)。日本在其本土最南端的種子島建設(shè)了航天發(fā)射中心。美國(guó)、俄羅斯、烏克蘭和挪威的四家大公司組建的海射公司選擇太平洋赤道海域作為海上航天發(fā)射場(chǎng)。

海南省文昌市除處于低緯度地區(qū)這個(gè)最主要的地理位置優(yōu)勢(shì)外，還具備良好的自然條件。這里地勢(shì)平坦開闊，地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，氣象條件好，氣溫變化小，水資源豐富，人口密度較低，通視環(huán)境較佳。

天津?yàn)I海新區(qū)生產(chǎn)的新一代運(yùn)載火箭，將可搭乘專用船只抵達(dá)海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)。未來，當(dāng)新一代運(yùn)載火箭實(shí)施點(diǎn)火騰空時(shí)，那將標(biāo)志著我國(guó)和平開發(fā)利用空間資源的能力邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。

責(zé)任編輯龐云