“高軌新兵”入列：揭秘長征七號A

圖/新華網(wǎng)

3 月12 日凌晨，由中國航天科技集團(tuán)一院抓總研制的長征七號A 運(yùn)載火箭（下稱“長征七號A”），在海南文昌發(fā)射場點火升空，將試驗九號衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。本次發(fā)射的試驗九號衛(wèi)星主要用于空間環(huán)境監(jiān)測等新技術(shù)在軌驗證試驗。

長征七號A 是在長征七號火箭基礎(chǔ)上，與長征三號甲系列火箭三子級組合形成的三級半火箭，是我國新一代中型運(yùn)載火箭的主力構(gòu)型，同時具備零傾角軌道、奔月軌道等高軌發(fā)射能力。

目前我國具備高軌道發(fā)射能力的主力運(yùn)載火箭，能夠?qū)?.5 噸的有效載荷送到地球同步轉(zhuǎn)移軌道。而長征七號A 運(yùn)載能力不低于7 噸，填補(bǔ)了我國運(yùn)載火箭地球同步轉(zhuǎn)移軌道5.5 噸至7 噸運(yùn)載能力的空白。

未來，在36 000 公里的地球同步軌道上，具備7 噸運(yùn)載能力的長征七號A 將和具備5.5 噸運(yùn)載能力的長征三號甲系列火箭、具備14 噸運(yùn)載能力的長征五號火箭一起，形成更加優(yōu)化、合理的能力布局，這將大力提升中國航天進(jìn)出空間的能力，對推進(jìn)高軌道衛(wèi)星組網(wǎng)建設(shè)具有重大意義。

作為長征七號系列運(yùn)載火箭的新成員，長征七號A與長征七號有何異同？

軌道不同 功能不同——填補(bǔ)空白的“高軌新兵”和載人空間站的“貨運(yùn)專列”

長征七號A 是為了滿足高軌道發(fā)射能力而研制的一型火箭。所謂“高軌道”通常是指近地點200 公里、遠(yuǎn)地點36 000 公里的地球同步轉(zhuǎn)移軌道。北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、通信衛(wèi)星都是這個軌道上的“常客”。目前我國長征三號甲系列和長征五號火箭都具備高軌發(fā)射能力，長征七號A 則是一位“高軌新兵”。

長征七號是我國新一代中型運(yùn)載火箭的代表，為載人航天工程發(fā)射貨運(yùn)飛船而研制，發(fā)射軌道是近地點200 公里、遠(yuǎn)地點400 公里的近地軌道。神舟飛船、天宮一號、天宮二號和我國未來空間站都在這個軌道上工作。

除了長征七號，我國的長征二號F 火箭、長征五號B 火箭都具備近地軌道發(fā)射能力，而且都是為支撐我國載人航天工程建設(shè)而研制的火箭。

長征七號于2016 年完成首飛。2017 年4 月20 日，長征七號遙二運(yùn)載火箭成功發(fā)射了我國第一艘貨運(yùn)飛船，因而它也獲得了載人空間站“貨運(yùn)專列”的稱號。

簡言之，長征七號A 和長征七號最大的不同就是發(fā)射的載荷功能不同、軌道不同。一個是填補(bǔ)運(yùn)載能力空白的“高軌新兵”，一個是我國載人空間站的“貨運(yùn)專列”。

構(gòu)型不同 外形不同——“三級半”的“瘦高個”和“二級半”的“瘦高個”

乍一看，長征七號A 與長征七號在外形上沒什么區(qū)別，都是“瘦高個”。仔細(xì)一對比，長征七號A 更高。

長征七號A 全長60.1 米，長征七號則是53.1 米。它們之間相差的7 米是什么呢？

原來，長征七號是由芯一級、芯二級加上助推器組成的兩級半構(gòu)型，而長征七號A 是三級半構(gòu)型，多出了一個芯三級。

芯三級模塊主要是用于給長征七號A 提供飛往更高軌道的動力，這也是它能成為“高軌專列”的重要原因之一。

兩型火箭的外觀區(qū)別還在于整流罩。長征七號的整流罩柱段高度為8 米，長征七號A 的則為5.5 米，個子高的“腦袋”反而更小。原因是火箭的有效載荷由貨運(yùn)飛船變?yōu)榱诵l(wèi)星，為了更好適應(yīng)未來高軌衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)，整流罩相應(yīng)也做出了調(diào)整。

這“哥倆”在外觀上也有很多相同之處。比如它們的芯一級、芯二級直徑都是3.35 米，助推器直徑也都是2.25 米。

分離方式不同——助推器不分離和助推器分離

火箭燃料儲存在助推器和芯級的儲箱中，燃料燃燒完后，就要按照控制程序，讓沒有燃料的助推器或芯級從箭體上分離，讓剩余部分輕裝前行。

其中，助推器通常工作時間較短，一般在火箭點火后幾十秒就會用盡燃料，與芯一級分離。

世界上絕大多數(shù)火箭都采用這種分離方式，長征七號也是如此。該火箭點火大約174 秒后助推器分離，188 秒后芯一級分離。

長征七號A 卻不同。它的助推器不單獨分離，而是跟芯一級結(jié)合，在火箭起飛后173 秒左右，一起與芯二級分離。

這種設(shè)計有很多好處。比如，助推器不單獨分離，就可以少配備一套分離系統(tǒng)，降低了分離系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少分離裝置和伺服機(jī)構(gòu)的數(shù)量，提升火箭可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

但要做到讓助推器和芯一級一起分離也不容易，首先要確保助推器和芯一級的燃料幾乎同時燃燒完，這必須通過精確設(shè)計，調(diào)整助推器和芯一級燃料的加注量、調(diào)整發(fā)動機(jī)工作時序、調(diào)整一二級反推火箭位置等才能實現(xiàn)。

為此，長征七號A 芯一級、芯二級的燃料加注量有所減少，這也使個子比長征七號更高的它，起飛重量卻更輕。

創(chuàng)新基因相同——攻堅克難不走尋常路

長征七號在新一代運(yùn)載火箭大家族的創(chuàng)新之路上，可謂跨了一大步，肩負(fù)了技術(shù)進(jìn)步的歷史重任。

長征七號的研制歷時8 年，僅初樣研制階段，研發(fā)人員就做了1600 多項研制試驗，大型地面試驗超過360項。長征七號也是我國第一枚數(shù)字化火箭，也是首枚在文昌發(fā)射場發(fā)射的火箭，全部采用先進(jìn)的無毒無污染液氧煤油推進(jìn)劑，將我國火箭的運(yùn)載能力提升了1.6 倍。

長征七號A 研制團(tuán)隊則不走尋常路，雖然在2020年6 月因助推器氧箱出流口發(fā)生了空化現(xiàn)象導(dǎo)致首飛失敗，但研究人員經(jīng)過夜以繼日的努力使得火箭再次升空。研制團(tuán)隊攻克了大長細(xì)比火箭姿態(tài)控制技術(shù)等大量關(guān)鍵技術(shù)，不斷創(chuàng)新研制規(guī)律，加快研制進(jìn)度。比如高精度高空風(fēng)場測量準(zhǔn)實時雙向風(fēng)修正技術(shù)的應(yīng)用，使火箭飛行中的風(fēng)載荷降低了24%，達(dá)到國際先進(jìn)水平；6Mbps 速率Ka 頻段天基測量技術(shù)，首次實現(xiàn)了Ka 頻段天基測量6Mbps 傳輸技術(shù)在火箭上的應(yīng)用；助推不分離和芯級不搖擺技術(shù)在國內(nèi)首次應(yīng)用，為未來的集束式回收奠定了基礎(chǔ)……

長征七號A 火箭總指揮孟剛介紹，按照我國運(yùn)載火箭升級換代策略，新一代運(yùn)載火箭將在2025 年前后初步實現(xiàn)對現(xiàn)役火箭的更新?lián)Q代。根據(jù)目前任務(wù)安排，長征七號A 2025 年前任務(wù)安排飽滿，每年將執(zhí)行3 至5 次發(fā)射任務(wù)。

后續(xù)，長征七號A 還將根據(jù)任務(wù)需求研制更大直徑整流罩構(gòu)型，在當(dāng)前基礎(chǔ)上通過增加上面級等方案，實現(xiàn)零度軌道傾角衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，執(zhí)行探月、探火和小行星探測等深空探測任務(wù)，為我國航天強(qiáng)國建設(shè)提供堅實保障。