直擊“長征七號”發射

鄭永春

2016年6月25日20時00分，我國新一代運載火箭“長征七號”在海南文昌衛星發射中心點火升空，約603秒后，載荷組合體與火箭成功分離，進入近地點200千米、遠地點394千米的橢圓軌道，至此，“長征七號”運載火箭首次發射圓滿成功。筆者有幸在現場目睹了火箭發射全過程，深感震撼與自豪。親眼看到一個六百噸重的大家伙在幾十秒內從地上垂直起飛，瞬間地動山搖，真的感覺特別激動！

建在海邊的航天發射場

美國和歐洲的航天發射場多建于海邊。如美國肯尼迪航天中心（Kennedy Space Center，縮寫為KSC）就建在大西洋邊的卡納維拉爾角（Cape Canaveral），這里發射的火箭直接飛往大西洋上空，觀景效果很好，美國人常拖家帶口去觀看火箭發射。歐洲空間局的庫魯發射場（Kourou，位于南美洲北部法屬圭亞那中部）面向加勒比海，每次發射時也有很多人觀看。所以，航天發射可以跟當地旅游業很好地結合起來協同發展。

中國以前的航天發射場都位于內陸，交通不便，不具備旅游和觀光條件。隨著文昌衛星發射中心建成，今后我們也能現場觀看火箭發射，建議大家有機會一定要去看看，看完發射之后再環島游，是一種很好的休閑和旅游方式。在中國原有的三個航天發射場中，酒泉衛星發射中心建于1958 年，是我國首個發射場，位于甘肅與內蒙古交界處的戈壁灘。太原衛星發射中心建于1967 年，位于山西省忻州市岢嵐縣的山溝里。西昌衛星發射中心位于四川省涼山州西昌市冕寧縣的山溝里，只有文昌衛星發射中心是我國唯一的濱海發射場。

長征七號——新一代運載火箭的主力型號

長征七號是新一代中型運載火箭，主要服務于我國載人空間站工程，用于發射貨運飛船，相當于從地球往太空運輸的解放牌大貨車，是主力型號。

我們看到，俄羅斯發射的火箭是平躺運輸的，發射時再把它舉起來。因為從平躺到舉起過程中會有一些松動或意外發生，所以生產、測試完成后越少折騰，成功概率越高。而且，文昌衛星發射中心只有兩個發射塔，用了一個就只剩一個了。以前火箭發射要占用發射塔的時間很長，在發射塔里進行組裝和測試，然后加注燃料后才能發射。由于發射前的準備階段周期很長，發射塔的利用效率就不高。我國以往每年火箭發射的次數較少，所以占用發射塔的時間長短并非重要因素。現在每年發射任務達二十多次，以后發射次數還會越來越多，這樣就希望每次發射任務占用發射塔的時間越短越好。如今，長征七號已解決了這個問題。它在總裝廠房里垂直組裝和測試，組裝和測試完成后整體轉運。這既是發射場的進步也是火箭的進步，因為發射場和火箭是緊密聯系在一起的。

長征七號火箭從天津基地生產出來時是一段一段的，出廠后裝進專用集裝箱，坐遠望21 號運輸船沿渤海、黃海、東海、南海，最后到達海南島。 卸船后在文昌衛星發射中心的火箭總裝廠房里進行垂直組裝，測試火箭整體機電接口和各系統是否匹配。這里透露一個小秘密，我國火箭的海上運輸享受特殊優待，運輸火箭的集裝箱自帶空調，恒溫恒濕。垂直轉運時，發射臺重達1800 噸，火箭本體重幾十噸，總重約2000噸，運抵發射塔后很快可以加注燃料，隨時待命發射。所以，長征七號火箭發射時占用發射塔的時間只需短短幾天就夠了。

咦，發射塔怎么在冒氣兒？原來，長征七號火箭的燃料和之前的火箭不一樣。以前的長征二號、三號、四號火箭采用四氧化二氮作為氧化劑，偏二甲肼作為還原劑，進行劇烈的氧化還原反應，這些燃料可以在常溫下儲存。而長征七號采用液態氧氣和航空煤油作為燃料，為什么采用煤油這么普通的燃料呢？。其實這也不奇怪，因為火箭每次發射需要消耗非常多的燃料。長征七號火箭的起飛重量達597噸，其中90%是燃料，所以采用廉價燃料在發射時才有價格競爭力。而氧氣在零下183 攝氏度才能成為液態，要保持液態氧氣加滿狀態，一方面要減少揮發，及時補加，另一方面要進行隔熱保溫。下圖中冒出的白煙實際上是水蒸氣，到臨發射前才把加注燃料的管子拔掉。

大家知道，火箭是航天事業發展的基礎。沒有火箭，飛行器哪里都去不了，只能是空談！發動機是火箭的心臟。沒有好的發動機，火箭也發揮不了作用。我覺得，運載能力一直是航天發展的瓶頸，如果運載能力不夠想載人登月也好，載人去火星也好，都不可能實現。載人登陸火星往返需500天，需消耗大量的水、食物、氧氣等，以及大量科學探索、生命保障和生活居住設施，需要非常龐大的運載能力。

發動機一直是我國火箭研制的短板。長征七號裝配的這款YF-100發動機歷時近八年時間研制。為什么叫YF-100？YF是液體燃料發動機的拼音縮寫，100說明火箭的地面推力為100噸（后來根據任務需要進行改進，把地面推力提高到了120 噸）。

長征七號首次采用三維數據管理流程研制，包括：三維協同設計、三維設計數據管理和三維流程仿真。火箭是一個十分復雜的動力系統，包括很多液體管道、電子元器件、電源線路、計算機、芯片等，這些設備都需要精確測量和控制。首先，需要精確測量火箭自參數和環境特征，了解各系統的工作狀態，根據這些參數和狀態指導下一步工作。如發動機燃料的精確控制，箭體自身姿態的精確測量等等，相當于讓大力士做繡花活，這個精確控制的過程難度不小。

長征七號研制過程中不用一張紙質設計圖，是首款全數字化研制的火箭。紙質設計圖制作和審查流程繁復，似乎很可靠，但它容易出現一個問題，如兩處設計的數字差一點，明明錯誤一直存在，卻總是查不出來。而采用數字化設計后，大大減少了此類系統之間設計不匹配的故障概率。

火箭發射不是放“太空煙花”，而是要搭載“乘客”的。火箭發射是航天任務的第一步，把“乘客”從地面送入太空，火箭的任務才算完成了。

那么，這次長征七號火箭發射，都有哪些“乘客”呢？第一個“乘客”是太空擺渡車。長征七號一共搭載了六個乘客，他們分別要去不同的位置。有的要去高一點的軌道，有的要去低一點，有的要往左，有的要往右。這樣就需要一個擺渡車，把乘客擺渡到不同位置。這輛擺渡車相當于一輛客運大巴車。火箭把貨物送入太空后，再由大巴車把“乘客”送到不同的位置。太空擺渡車可以多次到站卸“客”或變軌，是先后可以幾十次點火的重要載荷。

第二個“乘客”是多用途飛船縮比返回艙，重2.6噸，可載人也可載貨。所謂返回艙，就是發射進入太空，完成使命后將再進入大氣層返回地面的設備。所謂縮比就是按照比例縮小，1：0.6等比例縮小。等比例縮小的目的一方面是由于1：1返回艙的研制費用高，能省一點是一點。另一方面，縮比返回艙對驗證飛船氣動外形，獲取大氣再入的基礎數據已經滿足要求了。第二天下午三點，縮比返回艙在內蒙古巴丹吉林沙漠的東風著陸場成功著陸。

長征二號、三號、四號是上一代火箭，均采用偏二甲肼和四氧化二氮的有毒燃料。而長征五號、六號、七號屬于新一代運載火箭，均采用液氧和煤油作為燃料，綠色環保。這幾款火箭的用途各有不同，新一代火箭中運載能力最小的是長征六號，近地軌道運載能力為1 噸；長征七號是一款中型火箭，近地軌道運載能力為13.5 噸；長征五號是一款大火箭，近地軌道運載能力可達25 噸。

有了長征七號這柄利劍，中國要在2020年建成空間站的目標就有了堅實的基礎。讓我們期待今年下半年神舟十一號飛船和天宮二號的發射、長征五號首飛，以及明年初的天舟一號貨運飛船發射、嫦娥五號月球樣品返回。太空探索的征程永無止境。

文昌衛星發射中心的三大優勢

1.節省燃料

大多數通信衛星發射時都要飛往赤道上空，所以緯度越高的發射場，消除軌道傾角耗費的機動燃料越多。文昌發射場的地理位置為北緯19度37分、東經110度57分，從緯度上講其執行同樣的發射任務比其他三個發射場要節省不少燃料。

2.安全

火箭發射后有助推器、第一級火箭、整流罩先后脫落，其他三個發射場發射時殘骸會落到內陸人煙密集區，造成一定的安全隱患。曾有新聞說火箭殘骸砸到建筑物，當地老百姓還以為撿到寶了，其實這些殘骸并沒有什么價值。文昌發射場位于海南島最東面，發射后火箭會直接飛往南海上空，殘骸落在海上要安全得多，不會傷到人。

3.方便設計和運輸

我國火箭的生產運輸基地在天津。天津生產的火箭，以前若要運往太原、酒泉或西昌發射，就要鉆山洞、過隧道。由于隧道和山洞的直徑有限，所以火箭的直徑不能太大。今后在海南發射的火箭就沒有這一限制。我去看過阿波羅登月的土星5號火箭（Saturn V），長達110米，尾部直徑達18米，實在是太大了。這個火箭現在還在，為了保管它專門建了個大廠房。中國以后也會生產這種大型火箭，屆時就可以從天津坐船運到海南。因為走海路，所以運輸非常方便，也更加平穩。

此外，海南島的自然風景很漂亮，今后還可以建立一個航天主題樂園和科技文化館。包括消費、娛樂、影視、科幻等航天周邊產品和服務，甚至可以做成迪士尼和環球影城那樣。