開啟中國載人航天新篇章
—中國新一代中型運載火箭首飛在即

王小軍 范瑞祥 程堂明 胡曉軍 徐利杰 尚瑋 錢航 （中國運載火箭技術研究院）

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開啟中國載人航天新篇章
—中國新一代中型運載火箭首飛在即

王小軍 范瑞祥 程堂明 胡曉軍 徐利杰 尚瑋 錢航 （中國運載火箭技術研究院）

運載火箭是航天工業最基礎的核心之一，運載火箭的能力有多大，航天的舞臺就有多大。更強的進入空間能力是探索和利用空間的前提與基礎。

（高劍/攝）

1 新一代運載火箭的研制背景

研制新一代運載火箭的目的

經過50余年的發展，中國“長征”系列運載火箭走過了從常溫推進到低溫推進、從串聯到捆綁、從“一箭一星”到“一箭多星”、從發射衛星到發射載人飛船、空間探測器的技術歷程，逐步發展成為由多種型號組成的大家族，具備進入低、中、高等多種軌道的能力，入軌精度達到國際先進水平。

然而，隨著國外采用無毒、無污染（液氫/液氧或液氧/煤油）推進劑的新一代運載火箭的投入使用，我國“長征”系列運載火箭面臨運載能力不能滿足更長遠發展的需求、有毒推進劑會帶來污染環境和危害從業人員的缺憾，內陸發射場落區選擇越來越困難等固有的不足。

針對我國未來航天快速發展的需求，需要研制新一代運載火箭，以滿足載人航天、月球探測等重大專項工程的需要。

長征-7誕生歷史

我國新一代運載火箭的論證起步于“863”計劃，1992年9月21日，國家審議通過了實施載人航天工程，提出了20噸級空間站的需求，推動了新一代運載火箭的論證和研制。

2000年，國務院新聞辦公室發表《2000年中國的航天》白皮書，書中明確指出：近期的發展目標是開發新一代無毒、無污染、高性能和低成本的運載火箭，建成新一代運載火箭系列化型譜，增加參與國際商業發射服務的能力。

在空間站運行階段，為保證貨運要求、減少年發射次數，要求運載火箭低軌道運載能力達到13噸級，一次發射上行貨物達到5t以上。長征-7運載火箭就是以發射貨運飛船為目的而研制的新一代中型運載火箭，通過貨運飛船、主戰場衛星的發射積累可靠性子樣，在2020年后發射載人飛船。

長征-7運載火箭發射貨運飛船任務是載人航天工程第二步空間實驗室工程第二階段的關鍵驗證項目，也是空間站工程順利實施的重要保障。

另外，按照我國運載火箭的型譜規劃，長征-7運載火箭是我國新一代中型運載火箭的基本型，以長征-7運載火箭為基礎，可以研制地球同步轉移軌道（GTO）運載能力達到7.0t和太陽同步軌道（SSO）運載能力達到4.5t的中型運載火箭，可承擔國內外主流衛星的發射任務。

長征-7運載火箭合練

2 長征-7運載火箭首飛在即

長征-7火箭的最早原型是長征-2H，其綜合了長征-2的成熟技術，同時又運用長征-5的新技術，定型為帶助推的兩級火箭，發動機改為新研制的液氧/煤油發動機。近地軌道運載能力13.5t，除發射載人航天工程的貨運飛船，也可用于發射人造衛星等其他載荷。中國運載火箭技術研究院為長征-7火箭的總體研制單位。

長征-7型號隊伍在天津港啟航前合影

如何運輸到發射場

（1）文昌發射場介紹

文昌航天發射中心是繼酒泉、太原、西昌之后，我國的第四個衛星發射中心，也是我國首個低緯度濱海發射基地。打開手機上的地理坐標軟件，清晰地顯示航天中心的位置：19°19′（N），109°48′（E）。與全世界最著名的幾大航天發射中心相比，其緯度僅比法國設在南美洲圭亞那庫魯的發射場高。

其實，早在20世紀70年代，中國在進行航天發射場選址時，就曾對在海南島建設航天發射場進行評估，海南一度被列為當時最佳選址之一。但因為當時國際形勢較為復雜，所以不得不將航天發射場設置在地處“三線”的大西北。

（2）文昌發射場的優勢

相比國內其他3個衛星發射中心，文昌具有三大優勢。

第一，地處低緯、節約能耗。海南島是中國陸地緯度最低、距離赤道最近的地區。火箭發射場距離赤道越近、緯度越低，發射衛星時就可以盡可能利用慣性產生的離心現象，因此所需要的能耗較低，使用同樣燃料可以達到的速度也更快。據稱，在海南發射地球同步軌道衛星比在西昌發射火箭的運載能力可提高10%～15%，衛星壽命可延長2年以上。

第二，火箭發射更安全。在酒泉、太原、西昌發射中心，每次發射火箭，都要臨時遷移大批居民，以防止第一級火箭墜落時對當地居民的傷害。而文昌衛星發射中心距離海邊近，火箭發射后其第一級火箭墜落于南海，既可以避免對居民人身安全的傷害，又可以避免地面的危害。而且，距離海邊近將會大大提升殘骸墜落的安全性。

第三，火箭運輸更便利。大型火箭不便于公路和鐵路運輸，而文昌卻可以大大縮小這些劣勢，文昌衛星發射中心位于海南東北部，有著風景優美的海岸線和優良港口，其所使用的火箭是通過海運從天津轉運海南文昌清瀾港。

根據官方宣布的中國航天發展計劃，文昌發射場將主要承擔地球同步軌道（GSO）衛星、大噸位空間站、貨運飛船、探月工程三期、大質量極軌衛星等發射任務，另外還有對外發射服務。

（3）長征-7海運過程

長征-7首飛是我國運載火箭第一次在低緯度新發射場發射。相比以前經鐵路和公路運輸到發射場，長征-7主要是“乘船”經海路去海南的。“長征”系列火箭第一次由海路運往發射場，也是第一次打破鐵路運輸的限制實現整體運輸。由此，翻開低緯發射的新篇章。

箭體采用“海運+公路”運輸方式，完成總裝測試后的箭體各模塊裝入集裝箱，在天津港裝船，海運至海南清瀾港，然后通過公路運輸將集裝箱運至發射場。一枚長征-7火箭采用一艘火箭運輸船運輸。

2016年5月8日，長征-7火箭搭乘遠望-21航天運輸船由天津港啟程，經過約3333km，于5月14日下午運抵海南文昌清瀾港。15日上午開始，在海南文昌航天發射場的精心組織下，裝載火箭部件的集裝箱分批卸載，并通過公路運輸至航天發射場火箭水平轉載準備廠房。

由于箱體超長、體積較大，路況復雜，在運輸過程中嚴格按照技術指標和運輸速度的要求進行控制。所有車輛逐臺通過清瀾大橋，整個運輸過程非常順利，安全、準確、準時。

針對首飛任務特點，海南文昌航天發射場建立首飛任務系統間協作機制，統籌推動各系統任務準備。根據任務大綱和火箭對發射場技術要求，從提高參試設施設備安全性、可靠性入手，深入開展各項技術準備和崗位訓練，全面進行了設備檢修檢測和各崗位人員考核。目前，發射場設施設備狀態良好，各項準備工作正按計劃有序進行，全力準備長征-7于6月底的首飛。

如何適應新發射場

在長征-7火箭的設計中，如何適應全新發射場的環境一直是研制人員關注的重點。

1）火箭做“防水”。現役“長征”火箭發射，選擇窗口時都會專門避開雷雨天，而長征-7新一代運載火箭則能在雨中發射，因為設計時已考慮了海南發射場氣候潮濕、全年降水量大且濕度高的因素。另外，長征-7的燃料中有液態氧，它的溫度是-183℃，因此火箭表面會出現水蒸氣凝結的現象。

長征-7對“水”的防護滲透到了每個設計細節當中，在常規型號中，用來平衡整流罩內外壓力的排氣孔，在內陸發射時不用做單獨的防水，但是在長征-7火箭的身上，排氣孔也做了專門的防水措施。

2）能抗8級大風。相比于內陸戈壁上9m/s左右的風速，文昌發射場的風速經常達到20m/s。為了保證火箭時刻都站得住、站得穩，設計人員專門為它設計了防風減載裝置，可以在8級大風的情況下進行垂直轉運，抗風能力為目前“長征”家族之最。

3）體重大多是燃料。雖然長征-7火箭起飛質量接近600t，但里面鋼筋鐵骨的結構和設備占總質量比例很小，大部分都是燃料。作為衛星等航天器前往太空的“專車”，自身質量越低，燃料越充足，能夠運送的“乘客”也就越多。

4）動力系統強大。長征-7的動力系統變化很大，采用無毒、無污染的液氧/煤油作為燃料。液氧/煤油發動機被譽為世界航天動力領域的珠穆朗瑪峰。其采用最先進的高壓補燃循環系統，推力比現有“長征”系列運載火箭發動機提高60%以上，運載能力是原來的3倍左右。液氧和煤油都是環保燃料，沒有污染。經濟上，比常規發動機推進劑便宜60%；更重要的是其可重復使用。

5）推進劑可安全停放24h。與以往“長征”火箭發射前幾個小時開始加注不同，長征-7經過專門設計和演練，它的液氧和煤油推進劑組合雖然屬于低溫燃料，但是可以安全停放24h，這樣便可以靈活應對多種發射需求，而且在發射前程序最為復雜的階段，減少了工作量，可以為成功發射爭取更多有利時間，提高可靠性。

6）發射平臺噴水降溫。長征-7火箭發射點火的剎那，溫度會高達2800℃，和過去主要起支撐作用的鋼制發射平臺不同，海南文昌發射場使用的新一代發射平臺里面裝載著儀器設備，而且也需要多次使用，所以專門采用噴水降溫和涂特種防護涂層等方式，使它不怕被高溫摧毀。

發射平臺噴水降溫

組裝中的長征-7

技術創新

1）近地軌道運載能力實現新的跨越。將我國中型運載火箭低地球軌道（LEO）的運載能力由8.6t提高至13.5t，達到國外同類火箭先進水平。

2）綠色無毒、無污染，順應國際潮流。全箭采用我國具有自主知識產權、交付前可進行工藝試車的兩種液氧/煤油發動機，無毒、無污染，秉承了中國航天綠色環保的發展理念，順應國際潮流。

3）高可靠、高安全設計。長征-7火箭秉承載人航天標準，按照“一度故障工作，二度故障安全”的設計原則，將高可靠融入設計中，控制系統和增壓系統均實現了系統和元件級冗余；秉承簡單即可靠的理念，做了多項改進設計；發射可靠性達到0.98，達到國際先進水平。

4）全三維數字化設計。采用三維無圖紙設計、制造技術，打通了從設計到制造的全三維流程；廣泛應用數字化手段，基于統一的三維模型實現了設計、分析、仿真、生產與總裝的數字化研制新模式，建立了標準規范，為其他型號的推廣應用樹立了典范。基于數字模裝及數字化仿真，在設計階段提前發現大量不協調問題并得到及時解決，減小了產品報廢率，縮短了研制流程。

3 結束語

長征-7運載火箭是新一代高可靠、無毒、無污染的中型運載火箭，是我國新一代中型運載火箭系列型譜的基本構型。目前，長征-7運載火箭已經運抵海南發射場，經過火箭垂直總裝和測試，火箭狀態正常后將進行加注，預計在6月底擇機發射。長征-7火箭首飛是載人航天第二步—空間實驗室工程的發令槍，首飛成功將全面拉開空間實驗室任務的序幕。同時，長征-7火箭的研制成功，對于構建我國未來空間運輸體系、加快我國現役運載火箭的更新換代，都將具有重要的意義。