“箭丁興旺”的長征家族

思飛

中國首枚大型運載火箭長征五號11月3日在海南文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，這意味著長征火箭家族又增添新的成員，而且這個新成員還是個“大塊頭”，成為長征家族中的“巨無霸”。

火箭的能力有多大，航天的舞臺就有多大?？梢哉f，中國航天科技的每項成就都首先歸功于長征系列運載火箭。我國陸續(xù)研制出的運載火箭有長征一號、風暴一號、長征一號丁、長征二號、長征二號丙、長征二號丙改進型、長征二號丁、長征二號E、長征二號F、長征二號FT1、長征二號FT2、長征三號、長征三號甲、長征三號乙、長征三號丙、長征四號、長征四號甲、長征四號乙、長征四號丙、長征六號、長征十一號、長征七號以及近日首飛的長征五號，總計達23種型號，除了8種已經退役，其余正在服役。

新一代小型運載火箭

我國一般將近地軌道運載能力為2噸及其以下的火箭稱為小型運載火箭，近地軌道運載能力2～20噸的火箭稱為中型運載火箭，近地軌道運載能力20～50噸的火箭稱為大型運載火箭，近地軌道運載能力50噸及其以上的火箭稱為重型運載火箭。

我國新一代小型運載火箭主要是以液氧煤油為推進劑的長征六號和固體燃料的長征十一號火箭。它們已于2015年相繼成功首飛。小型火箭具有發(fā)射成本低、籌射時間短，適應性強、安全性好等特點。

垂直轉運中的長征五號運載火箭

長征六號將開拓一號、希望二號、天拓三號、納星二號、皮星二號、紫丁香二號等20顆微小衛(wèi)星送入太陽同步軌道運行，創(chuàng)下我國一箭20星的新紀錄。長征六號火箭第一級直徑3.35米，推力136.73噸;第二級直徑2.25米，推力18.01噸;第三級推力0.408噸。全箭長29.3米，起飛質量103噸，具備將500千克的載荷運送到700千米高度的太陽同步軌道的能力。它所采用的液氧煤油發(fā)動機無毒無污染，綠色環(huán)保且燃燒效率高，技術上有一個質的飛躍。

長征十一號是我國首枚固體運載火箭。11月10日，它剛剛把我國首顆脈沖星實驗衛(wèi)星以及其他4顆衛(wèi)星發(fā)射上天，刷新我國固體運載火箭一箭多星的發(fā)射紀錄。長征十一號高20.8米，直徑2米，為四級火箭，起飛質量58噸，起飛推力120噸，能把700千克的有效載荷送入近地軌道運行，把350千克的有效載荷送入太陽同步軌道運行。

由于使用固體燃料，以及采用能夠自主移動完成測試準備的發(fā)射平臺，長征十一號可在24小時內完成發(fā)射準備工作，大大縮短了籌射時間。全箭由固體發(fā)動機、發(fā)射支持系統(tǒng)組成，一級采用我國最大規(guī)模和推力的固體火箭發(fā)動機，具有可整體貯存、操作簡單、發(fā)射成本低、發(fā)射周期以小時計算等特點，最大的優(yōu)勢是快速、便捷、靈活，可實現衛(wèi)星快速組網和補網，能及時滿足自然災害、突發(fā)事件等應急發(fā)射需求。以抗震救災為例，長十一火箭可以在24小時內將小衛(wèi)星運送至災區(qū)上空，對受災情況進行快速勘察并傳回信息。與此相比，液體運載火箭射前準備需要20～30天，而具備快速發(fā)射能力的新一代小型液體運載火箭長征六號射前準備也需要7天時間。

新一代中型運載火箭

新一代中型運載火箭以長征七號為代表，于今年6月25日成功首飛。長征七號是為滿足未來我國載人空間站工程“天舟”號貨運飛船的發(fā)射而研制的，采用兩級半構型，總長53.1米，以煤油和液氧為推進劑，起飛質量約597噸，近地軌道運載能力13.5噸，太陽同步軌道運載能力5.5噸。長征七號通過捆綁不同數量、種類的助推器，可以形成運載能力覆蓋較為全面的中型火箭系列，可陸續(xù)替代現有的長征二號、三號、四號系列火箭，承擔我國80%左右的航天發(fā)射任務。

與此同時，火箭推進劑也在進行著更新換代，即以無毒、無污染的液氧煤油或液氧液氫來代替現役火箭所采用的有毒性的四氧化二氮和偏二甲肼。長征七號采用煤油液氧發(fā)動機，燃燒只產生水和二氧化碳，實現無毒、無污染，不僅環(huán)保而且成本也大大降低?；鸺w重幾百噸，其中90%以上都是燃料。由于燃料重量不能隨意增減，為了能把更多的有效載荷送上太空，減輕火箭自重就成了關鍵。長征七號火箭外殼很薄，最薄處僅有0.8毫米，猶如蟬翼卻力量驚人，能夠滿足強度要求。

長征十一號運載火箭

新一代大型運載火箭

作為我國首枚“大火箭”，長征五號突破了長征家族現役火箭芯級直徑3.35米的限制，達到了5米直徑的箭體結構，助推器最大直徑達3.35米。

長征五號運載火箭采用四種通用化的模塊通過不同的搭配方式能夠組成六款火箭構型。5米直徑芯一級模塊配置兩臺以液氫液氧為推進劑的YF-77火箭發(fā)動機，產生100噸的推力;5米直徑芯二級配有兩臺YF-75D氫氧發(fā)動機，產生16噸的推力;3.35米直徑助推器配有兩臺YF-100液氧煤油火箭發(fā)動機，產生240噸的推

力;2.25米直徑助推器對應一臺YF-100液氧煤油火箭發(fā)動機，產生120噸的推力。四種模塊中，芯一級是各款火箭都必須采用的，如果再加上芯二級即上面級，那么火箭就比只采用芯一級的要高大得多。如果芯一級捆綁4個3.35米直徑助推器，就要比捆綁4個2.25米直徑助推器的火箭胖一些。

不同構型的火箭，依次用字母A～F表示。構型A、B、C為捆綁著助推器的一級半火箭結構，主要用于發(fā)射近地軌道航天器;構型D、E、F為捆綁著助推器的二級半火箭結構，主要用于發(fā)射高軌道航天器。所謂“半級”，是因為航天界將芯一級周圍捆綁的助推器均定義為半級火箭。

以長征五號基本型即D構型為例，這種兩級半火箭由上至下依次為衛(wèi)星整流罩、5米直徑芯二級即上面級、5米直徑芯一級以及芯一級外圍捆綁的4個助推器（2個3.35米直徑助推器和2個2.25米直徑助推器交替排列，每個助推器上有一個穩(wěn)定尾翼）。

此次發(fā)射的長征五號運載火箭是最大的E構型。與D構型的區(qū)別在于4個助推器均為3.35米直徑，顯然它的起飛推力要大于長征五號D，更大于其他長征系列火箭，首次超過1000噸以上。起飛重量約870噸，具備近地軌道25噸級、地球同步轉移軌道14噸級的運載能力，比現役火箭的運載能力提升了2.5倍以上。

六種構型的長征五號火箭可覆蓋近地軌道10～25噸、地球同步轉移軌道6～14噸的運力能力，這將為2017年發(fā)射嫦娥五號落月器進行采樣并返回地球以及2020年前后發(fā)射有關艙段在太空對接組裝完成我國載人空間站等重大航天工程奠定堅實基礎。長征五號系列火箭綜合指標將達到國際主流的運載火箭水平，同時也將大幅度提升我國開發(fā)利用空間資源、維護國家安全的能力，為我國未來航天科技的發(fā)展搭建更廣闊的舞臺。

同時，為了實現載人登月和送人著陸火星以及重大的深空探測等目標，我國已經啟動重型運載火箭長征九號的關鍵技術研制，其近地軌道運載能力將達100噸以上，這無疑又是一步巨大的跨越。這些目標的實現，將使長征系列運載火箭為我國航天事業(yè)譜寫新的華章！

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長征五號為何被稱為“冰箭”？

研究發(fā)現，低溫推進劑組合的參數往往高于常溫推進劑組合，而且無毒、無污染。不過，因低溫而帶來的技術難題和成本問題也是人們選擇推進劑時要考慮的。液氫液氧推進劑具有高比沖。比沖是衡量火箭燃燒效率的指標，比沖值越高，消耗同樣質量的燃料，產生的沖量越大，即火箭能獲得的加速度更大。由于液氫的沸點為-252℃，燃料的貯存必須維持在這個溫度以下，所以被稱為“冰箭”。而更大的技術難題是，液氫、液氧必須完全隔離開來，否則液氫會把液氧凍住。

【責任編輯】龐 云