新長征，新征途：長征七號火箭，你了解多少？

最新消息：長征七號于25日晚20:00在新建成的海南文昌航天發射場成功發射！

對于大部分讀者來說，一段時間前“海南文昌 ”也許還是一個讓人感到陌生的地名，但最近，它卻已經成為了新聞中炙手可熱的關鍵詞：位于海南文昌的中國首個濱海發射基地，即將迎來中國新一代中型運載火箭——長征七號的首次發射。這也是文昌發射基地的 “處女秀” 。在去年長征六號和長征十一號成功發射后，中國新一代運載火箭家族又將有新成員登臺亮相，助力種花家的兔子們向著星辰大海的征程。

宇宙飛船、人造衛星等航天器要 “上天” ，要由運載火箭將它們送至太空。自“東方紅一號”衛星由“長征一號 ”運載火箭發射成功后，我國陸續研制了長征二號、長征三號、長征四號等系列的運載火箭。通過不斷的技術改進，每個長征型號火箭都是一個大家族，如長征二號火箭，就有 ”金牌火箭” 長征2C、發射神舟飛船的高可靠性 “神劍” 長征2F等諸多型號。迄今為止，長征系列火箭已經完成了兩百多次成功發射。雖然火箭的各項系統的技術在不斷改進，但這些火箭的總體技術水平仍然停留在上世紀 90年代。按照我們國家對于未來航天事業的規劃，在 2020年左右要建成20 噸級的空間站，并長期進行載人飛行和軍事、科學應用，需要頻繁的發射貨運飛船對空間站進行補給。之前研發的火箭，其推力相當于 “小貨車” ，已經不能滿足空間站的貨運需要。于是，“大貨車 ”長征七號應運而生，將成為今后空間站的貨運主力軍。

在長征五號、長征六號、長征七號和長征十一號組成的我國新一代火箭家族中，長征七號是它們中的 “二哥” ，運載能力僅次于長征五號。它搭載的“乘客 ”，除了“天舟一號”等貨運飛船外，也可以是近地軌道和太陽同步軌道的人造衛星。神舟飛船和天宮空間站運行的軌道距離地面的高度一般為幾百千米，這種軌道被稱作近地軌道（ LEO）。長征七號的近地軌道運載能力，最大可達 13.5噸，是發射神舟飛船的長征 -2F火箭運載能力的 1.5倍多。

運載能力的增加，來源于新一代長征火箭脫胎換骨的動力系統。長征七號火箭芯一級（即助推器包裹的火箭本體一級）和助推器采用的都是 YF-100液氧- 煤油發動機，單臺發動機的推力為 1223.5KN，比長征2F 火箭使用的YF-20B發動機的推力高出了 67%。 YF-100發動機采用了高壓補燃技術，燃料在發動機中經過兩次燃燒，相比于 YF-20B發動機的單次燃燒，能夠減少燃料的浪費。這種發動機采用已經在去年發射的長征六號火箭上小試牛刀，同時也會運用到未來發射的重載火箭長征五號上。在長征 2F火箭的芯一級上，需要安裝四臺 YF-20B發動機來提供足夠的動力，而長征七號芯一級僅需安裝兩臺YF-100，就可以提供足夠的推力。發動機數量減少，帶來的是可靠性的提升。在美蘇的登月競賽中，美國的土星 5號火箭和蘇聯的 N-1火箭的總推力相差不大，但成功發射阿波羅飛船登月的土星 5號僅安裝了 5臺大推力發動機，而 N-1火箭則安裝了多達 30臺推力較小的發動機，動力系統過于復雜，飛行試驗全部失敗，終結了蘇聯的登月計劃。

(長征七號使用的YF-100發動機)

長征2F使用的 YF-20B發動機和其他上一代火箭基礎級發動機，使用的燃料都是偏二甲肼 -四氧化二氮。這種發動機雖然具備技術成熟、燃料可以在常溫下儲存的優點，但偏二甲肼和四氧化二氮都是劇毒物質，在燃料的生產、儲運過程和火箭加注燃料的過程中，都可能會對操作人員產生致命的威脅。同時，如果火箭在發射期間出現意外，未燃燒殆盡的燃料也會在爆炸和沖擊之外構毒氣危害。長征七號使用的 YF-100發動機，以液氧-煤油為燃料，它們都是清潔無毒的材料，而價格也要比偏二甲肼和四氧化二氮低好幾倍。同時，液氧 -煤油燃料的密度高比沖也較高。如果把火箭比作一輛行駛在公路上的汽車，采用液氧 -煤油后，同樣排量的汽車，百公里的耗油量降低了。加滿一箱油后，能夠行駛更長的距離。液氧注入火箭時，溫度達零下 183攝氏度，和海南的熱帶氣候相比可謂 ”冰火兩重天“ 。通過采用高效的隔熱材料，火箭并不用穿上厚重的 ”大衣“ ，僅需要在低溫貯箱外部之一層 1～ 2厘米后的隔熱結構，就能避免火箭結冰。由于新燃料的使用，長征七號在發射時會比以往的喉間噴射出更長的火焰，這將成為新火箭的 ”看點“ 之一。

以往，我國的大部分火箭采用的都是 ”分級轉運，垂直總裝，垂直測試 “的發射準備模式，火箭和衛星在到達運到發射場后，先分別進行測試，再一件一件的運到發射臺，像搭積木一樣自下到上拼裝，最終在發射臺上組成準備發射的完整火箭。而長征七號則采用了垂直總裝、垂直測試、垂直轉場的“三垂”模式。火箭在總裝廠房完成拼裝、測試后，整體轉移到發射臺，縮短了火箭在發射區的射前準備時間，提高了發射可靠性。文昌發射場常有風速隨高度變化的淺層風，風速隨高度變化。在地面上刮起微風時，火箭頂端的風速可能已經相當大了。為了克服這種風對火箭轉運的影響，讓豎立著的火箭能夠穩穩當當的轉移到發射臺，長征七號使用了“防風減載裝置”,來抵御轉運過程中可能遇到的強風。

長征七號還是中國首個 ”數字化“ 火箭，在火箭研制過程中，以往厚重的圖紙消失不見，取而代之的是數字化建模和數字化仿真。火箭的不同部件，往往由不同的單位、部門設計，他們之間的裝配和就協調工作，也由計算機中的數字模裝代替了實物模裝。這些數字化技術，在保證質量和降低成本的同時，大大提高了設計和生產協調上的效率。在火箭研制過程中，還應用了時下最流行的VR技術，設計人員可以通過佩戴設計人員通過佩戴“ 3D頭盔顯示器”及“位置跟蹤設備”，對三維數字火箭實現虛擬維修。

這次發射，是海南文昌發射基地的第一次航天發射。之前，我國建立的酒泉、西昌、太原三個發射基地，都處于內陸地區，火箭運輸只能通過火車進行。受制于鐵路隧道的限界，火箭的直徑被“鎖定”在3.35米，不能再增大，限制了大推力、重載火箭的發展。文昌基地投入使用后，火箭可以通過輪船運抵發射場，直徑可以進一步增大。這次發射的長征七號，考慮在一段時間內還要“兼容”之前使用的發射場，直徑仍未3.35米。但可以期待，個頭更大的火箭將在不久的將來從文昌發射。除了運輸方便，文昌的地理緯度比較低。在這里，地球自轉所產生的離心力更強。火箭升空時，除了可以使用自身發動機產生的動力，還可以借助地球自轉的離心力加速。同時，文昌發射場周邊都是海洋，火箭拋落工作完成的部分時不用擔心意外的發生。其實，在中國航天起步之初，發射場的設計者們就已經相中了海南。但考慮到沿海目標容易受到外國攻擊，不得不將發射場建在了內陸。現在，航天人不但不用擔心敵人襲擊，還以更加開放、自信的姿態來對待這次發射，提前公布了發射的最佳觀看位置。在不久的將來，這里將發射中國自己的大型空間站、載人登月飛船和火星探測器，發射場附近還將建設一座航天主題公園，使文昌成為中國的“卡納維拉爾角”。

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