开启中国载人航天新篇章—中国新一代中型运载火箭首飞在即

王小军 范瑞祥 程堂明 胡晓军 徐利杰 尚玮 钱航 （中国运载火箭技术研究院）



开启中国载人航天新篇章
—中国新一代中型运载火箭首飞在即

王小军 范瑞祥 程堂明 胡晓军 徐利杰 尚玮 钱航 （中国运载火箭技术研究院）

运载火箭是航天工业最基础的核心之一，运载火箭的能力有多大，航天的舞台就有多大。更强的进入空间能力是探索和利用空间的前提与基础。

（高剑/摄）

1 新一代运载火箭的研制背景

研制新一代运载火箭的目的

经过50余年的发展，中国“长征”系列运载火箭走过了从常温推进到低温推进、从串联到捆绑、从“一箭一星”到“一箭多星”、从发射卫星到发射载人飞船、空间探测器的技术历程，逐步发展成为由多种型号组成的大家族，具备进入低、中、高等多种轨道的能力，入轨精度达到国际先进水平。

然而，随着国外采用无毒、无污染（液氢/液氧或液氧/煤油）推进剂的新一代运载火箭的投入使用，我国“长征”系列运载火箭面临运载能力不能满足更长远发展的需求、有毒推进剂会带来污染环境和危害从业人员的缺憾，内陆发射场落区选择越来越困难等固有的不足。

针对我国未来航天快速发展的需求，需要研制新一代运载火箭，以满足载人航天、月球探测等重大专项工程的需要。

长征-7诞生历史

我国新一代运载火箭的论证起步于“863”计划，1992年9月21日，国家审议通过了实施载人航天工程，提出了20吨级空间站的需求，推动了新一代运载火箭的论证和研制。

2000年，国务院新闻办公室发表《2000年中国的航天》白皮书，书中明确指出：近期的发展目标是开发新一代无毒、无污染、高性能和低成本的运载火箭，建成新一代运载火箭系列化型谱，增加参与国际商业发射服务的能力。

在空间站运行阶段，为保证货运要求、减少年发射次数，要求运载火箭低轨道运载能力达到13吨级，一次发射上行货物达到5t以上。长征-7运载火箭就是以发射货运飞船为目的而研制的新一代中型运载火箭，通过货运飞船、主战场卫星的发射积累可靠性子样，在2020年后发射载人飞船。

长征-7运载火箭发射货运飞船任务是载人航天工程第二步空间实验室工程第二阶段的关键验证项目，也是空间站工程顺利实施的重要保障。

另外，按照我国运载火箭的型谱规划，长征-7运载火箭是我国新一代中型运载火箭的基本型，以长征-7运载火箭为基础，可以研制地球同步转移轨道（GTO）运载能力达到7.0t和太阳同步轨道（SSO）运载能力达到4.5t的中型运载火箭，可承担国内外主流卫星的发射任务。

长征-7运载火箭合练

2 长征-7运载火箭首飞在即

长征-7火箭的最早原型是长征-2H，其综合了长征-2的成熟技术，同时又运用长征-5的新技术，定型为带助推的两级火箭，发动机改为新研制的液氧/煤油发动机。近地轨道运载能力13.5t，除发射载人航天工程的货运飞船，也可用于发射人造卫星等其他载荷。中国运载火箭技术研究院为长征-7火箭的总体研制单位。

长征-7型号队伍在天津港启航前合影

如何运输到发射场

（1）文昌发射场介绍

文昌航天发射中心是继酒泉、太原、西昌之后，我国的第四个卫星发射中心，也是我国首个低纬度滨海发射基地。打开手机上的地理坐标软件，清晰地显示航天中心的位置：19°19′（N），109°48′（E）。与全世界最著名的几大航天发射中心相比，其纬度仅比法国设在南美洲圭亚那库鲁的发射场高。

其实，早在20世纪70年代，中国在进行航天发射场选址时，就曾对在海南岛建设航天发射场进行评估，海南一度被列为当时最佳选址之一。但因为当时国际形势较为复杂，所以不得不将航天发射场设置在地处“三线”的大西北。

（2）文昌发射场的优势

相比国内其他3个卫星发射中心，文昌具有三大优势。

第一，地处低纬、节约能耗。海南岛是中国陆地纬度最低、距离赤道最近的地区。火箭发射场距离赤道越近、纬度越低，发射卫星时就可以尽可能利用惯性产生的离心现象，因此所需要的能耗较低，使用同样燃料可以达到的速度也更快。据称，在海南发射地球同步轨道卫星比在西昌发射火箭的运载能力可提高10%～15%，卫星寿命可延长2年以上。

第二，火箭发射更安全。在酒泉、太原、西昌发射中心，每次发射火箭，都要临时迁移大批居民，以防止第一级火箭坠落时对当地居民的伤害。而文昌卫星发射中心距离海边近，火箭发射后其第一级火箭坠落于南海，既可以避免对居民人身安全的伤害，又可以避免地面的危害。而且，距离海边近将会大大提升残骸坠落的安全性。

第三，火箭运输更便利。大型火箭不便于公路和铁路运输，而文昌却可以大大缩小这些劣势，文昌卫星发射中心位于海南东北部，有着风景优美的海岸线和优良港口，其所使用的火箭是通过海运从天津转运海南文昌清澜港。

根据官方宣布的中国航天发展计划，文昌发射场将主要承担地球同步轨道（GSO）卫星、大吨位空间站、货运飞船、探月工程三期、大质量极轨卫星等发射任务，另外还有对外发射服务。

（3）长征-7海运过程

长征-7首飞是我国运载火箭第一次在低纬度新发射场发射。相比以前经铁路和公路运输到发射场，长征-7主要是“乘船”经海路去海南的。“长征”系列火箭第一次由海路运往发射场，也是第一次打破铁路运输的限制实现整体运输。由此，翻开低纬发射的新篇章。

箭体采用“海运+公路”运输方式，完成总装测试后的箭体各模块装入集装箱，在天津港装船，海运至海南清澜港，然后通过公路运输将集装箱运至发射场。一枚长征-7火箭采用一艘火箭运输船运输。

2016年5月8日，长征-7火箭搭乘远望-21航天运输船由天津港启程，经过约3333km，于5月14日下午运抵海南文昌清澜港。15日上午开始，在海南文昌航天发射场的精心组织下，装载火箭部件的集装箱分批卸载，并通过公路运输至航天发射场火箭水平转载准备厂房。

由于箱体超长、体积较大，路况复杂，在运输过程中严格按照技术指标和运输速度的要求进行控制。所有车辆逐台通过清澜大桥，整个运输过程非常顺利，安全、准确、准时。

针对首飞任务特点，海南文昌航天发射场建立首飞任务系统间协作机制，统筹推动各系统任务准备。根据任务大纲和火箭对发射场技术要求，从提高参试设施设备安全性、可靠性入手，深入开展各项技术准备和岗位训练，全面进行了设备检修检测和各岗位人员考核。目前，发射场设施设备状态良好，各项准备工作正按计划有序进行，全力准备长征-7于6月底的首飞。

如何适应新发射场

在长征-7火箭的设计中，如何适应全新发射场的环境一直是研制人员关注的重点。

1）火箭做“防水”。现役“长征”火箭发射，选择窗口时都会专门避开雷雨天，而长征-7新一代运载火箭则能在雨中发射，因为设计时已考虑了海南发射场气候潮湿、全年降水量大且湿度高的因素。另外，长征-7的燃料中有液态氧，它的温度是-183℃，因此火箭表面会出现水蒸气凝结的现象。

长征-7对“水”的防护渗透到了每个设计细节当中，在常规型号中，用来平衡整流罩内外压力的排气孔，在内陆发射时不用做单独的防水，但是在长征-7火箭的身上，排气孔也做了专门的防水措施。

2）能抗8级大风。相比于内陆戈壁上9m/s左右的风速，文昌发射场的风速经常达到20m/s。为了保证火箭时刻都站得住、站得稳，设计人员专门为它设计了防风减载装置，可以在8级大风的情况下进行垂直转运，抗风能力为目前“长征”家族之最。

3）体重大多是燃料。虽然长征-7火箭起飞质量接近600t，但里面钢筋铁骨的结构和设备占总质量比例很小，大部分都是燃料。作为卫星等航天器前往太空的“专车”，自身质量越低，燃料越充足，能够运送的“乘客”也就越多。

4）动力系统强大。长征-7的动力系统变化很大，采用无毒、无污染的液氧/煤油作为燃料。液氧/煤油发动机被誉为世界航天动力领域的珠穆朗玛峰。其采用最先进的高压补燃循环系统，推力比现有“长征”系列运载火箭发动机提高60%以上，运载能力是原来的3倍左右。液氧和煤油都是环保燃料，没有污染。经济上，比常规发动机推进剂便宜60%；更重要的是其可重复使用。

5）推进剂可安全停放24h。与以往“长征”火箭发射前几个小时开始加注不同，长征-7经过专门设计和演练，它的液氧和煤油推进剂组合虽然属于低温燃料，但是可以安全停放24h，这样便可以灵活应对多种发射需求，而且在发射前程序最为复杂的阶段，减少了工作量，可以为成功发射争取更多有利时间，提高可靠性。

6）发射平台喷水降温。长征-7火箭发射点火的刹那，温度会高达2800℃，和过去主要起支撑作用的钢制发射平台不同，海南文昌发射场使用的新一代发射平台里面装载着仪器设备，而且也需要多次使用，所以专门采用喷水降温和涂特种防护涂层等方式，使它不怕被高温摧毁。

发射平台喷水降温

组装中的长征-7

技术创新

1）近地轨道运载能力实现新的跨越。将我国中型运载火箭低地球轨道（LEO）的运载能力由8.6t提高至13.5t，达到国外同类火箭先进水平。

2）绿色无毒、无污染，顺应国际潮流。全箭采用我国具有自主知识产权、交付前可进行工艺试车的两种液氧/煤油发动机，无毒、无污染，秉承了中国航天绿色环保的发展理念，顺应国际潮流。

3）高可靠、高安全设计。长征-7火箭秉承载人航天标准，按照“一度故障工作，二度故障安全”的设计原则，将高可靠融入设计中，控制系统和增压系统均实现了系统和元件级冗余；秉承简单即可靠的理念，做了多项改进设计；发射可靠性达到0.98，达到国际先进水平。

4）全三维数字化设计。采用三维无图纸设计、制造技术，打通了从设计到制造的全三维流程；广泛应用数字化手段，基于统一的三维模型实现了设计、分析、仿真、生产与总装的数字化研制新模式，建立了标准规范，为其他型号的推广应用树立了典范。基于数字模装及数字化仿真，在设计阶段提前发现大量不协调问题并得到及时解决，减小了产品报废率，缩短了研制流程。

3 结束语

长征-7运载火箭是新一代高可靠、无毒、无污染的中型运载火箭，是我国新一代中型运载火箭系列型谱的基本构型。目前，长征-7运载火箭已经运抵海南发射场，经过火箭垂直总装和测试，火箭状态正常后将进行加注，预计在6月底择机发射。长征-7火箭首飞是载人航天第二步—空间实验室工程的发令枪，首飞成功将全面拉开空间实验室任务的序幕。同时，长征-7火箭的研制成功，对于构建我国未来空间运输体系、加快我国现役运载火箭的更新换代，都将具有重要的意义。