长七A：我国新一代中型高轨运载火箭

文/ 郑恩红 摄/ 吴桐小雨

3 月12 日，由中国航天科技集团有限公司研制的长征七号A 运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射。长七A 是我国新一代中型高轨三级液体捆绑式运载火箭，由长征七号运载火箭与长三甲系列火箭三子级组合而成。这也是继长征七号运载火箭之后，长征七号系列火箭的一个新成员。

长七A 火箭与长七火箭有哪些不同？

同为长征七号系列火箭大家庭中的一员，长七A 火箭与长七火箭有着相似的基因和血液，也有着自己鲜明的个性和脾气。

都是高个子 构型不同

长七A 火箭全长60.1 米，长七火箭全长53.1 米，都是典型的高个子。高出来的7 米，主要源于两者不同的构型。

长七火箭是一型“两级半”构型的火箭，即火箭的芯一级、芯二级再加上助推器这个“半级”；长七A 火箭是一型“三级半”构型的火箭，多出了一个“芯三级”，外形更显修长。

之所以有这样的不同，是因为长七火箭专门负责发射货运飞船，长七A火箭主要针对高轨道发射任务，为提高运力，就需要增加一级。

此外，长七A 火箭和长七火箭整流罩柱段的高度也不同。长七A 火箭的整流罩柱段高度为5.5 米，长七火箭的整流罩柱段高度为8 米。

个头高的反而头部短了一点，主要是因为，火箭的有效载荷由货运飞船变为了卫星，为更好地适应未来高轨卫星的发射任务，整流罩也相应做出调整。

轨道不同 载荷不同

长七火箭按照载人航天标准设计，是目前国内设计可靠性最高的运载火箭，主要发射的轨道是200～400 公里的近地轨道。神舟飞船、“天宫”实验室和我国未来的空间站都在这个轨道上工作。

长七A 火箭主要是为了满足高轨道发射能力而研制的一型火箭。所谓“高轨道”就是近地点200 公里、远地点36000 公里的地球同步转移轨道。北斗导航卫星、通信卫星等都是这个轨道上的“常客”。

目前，我国除了长七A 火箭外，长三乙火箭和长五火箭都具备高轨发射能力。它们属于不同力量级别，各自在能力范围内执行高轨道发射任务，实现优势互补。

分离方式不同

一般在火箭点火后几十秒，推进剂燃烧完，火箭的助推器就会与芯一级分离，长七火箭就是采用的这种分离方式，这也是世界上绝大多数火箭都采用的分离方式。

长七A 火箭的助推与芯一级形成的组合体，在推进剂用完后会一起与二级分离，这也是国内第一个助推器与芯一级集束式分离的捆绑火箭。这种分离方式，不仅缩小了助推器落区范围，提升了航区安全性，也减少了一次分离，提升了火箭在飞行中的固有可靠性。

使命不同 并非取代关系

长七A 火箭与长七火箭的关系可以用长三乙火箭和长二F 火箭的关系做个类比。

众所周知，长征二号F 运载火箭是我国唯一一型载人运载火箭，它的主要使命是把我国的载人飞船送上200～400 公里的近地轨道。它有个兄弟叫“长三乙”，这款火箭是个三级火箭，能够把卫星送到36000 公里的远地点轨道。

从这个数据上就可以看到，轨道高度相差还是很大的。所以这就需要火箭具备更大的推力，才能达到更高的速度，因而有了长三乙火箭。

其实长七火箭与长七A 火箭的关系，就像长二F 火箭和长三乙火箭的关系，他们的目标原本就不同。前面提到，长七火箭主要负责把天舟货运飞船送入近地轨道，而长七A 火箭在长七火箭的基础上加了一级，主要针对高轨道发射任务。

所以，长七A 火箭和长七火箭在长征家族里有着各自肩负的使命，两者并不存在谁取代谁的关系。

长七A 火箭有哪些关键技术？

虽然长七A 火箭继承了长征七号和长三甲系列火箭的成熟模块，但其研制过程绝不是简单的“搭积木”。研制团队先后突破了几大关键技术，为火箭成功发射奠定基础。

沿最佳路径“顶风前行”

与长棍子一弯就容易折断一样，身材修长的长七A 火箭在穿出大气层时，每时每刻都会受到天上的高空风干扰，如果处理不好，将面临“拦腰折断”的巨大风险。

设计师们绞尽脑汁，提出了用准实时高空风进行弹道修正的技术，即提前根据发射场预估的发射时刻高空风来调整火箭穿出大气层的飞行姿态，以便于其沿着最佳的路径“顶风前行”，减小了被折断的风险。

这项技术的应用使长七A 火箭在飞行中的风载荷降低了24%，达到了国际先进水平。

正因为有此项技术，长七火箭和长三甲系列火箭的成熟结构不需加强就能直接应用到长七A 火箭上，大大节省了该火箭的研制经费，提升了运载能力。

虽又细又长 却又稳又准

长七A 火箭身材修长，长细比在国内数第一。按照日常生活经验，又细又长的东西一般会比较软，对于火箭来说也是如此。

这个问题表现在长七A 火箭上，就是火箭的基础频率降低，火箭受到推进剂晃动等产生的耦合效果就更加明显，晃动频率提高，姿态稳定性设计难度较大，处理不好可能导致它的飞行姿态发散。

因此，研制队伍采用“移花接木”的方式，将长征七号合练箭和长征三号甲火箭工艺贮箱进行旧品利用，组装出一发全箭模态用火箭，通过全箭模态试验掌握了火箭弹性频率，在此基础上开展控制系统姿态控制参数设计，并通过数学仿真和半实物仿真验证，确保火箭姿态稳定和控制精度满足任务要求。

智能导航让飞行不再“迷路”

长七A 采用的适应典型故障模式的制导控制技术相当于给火箭装上了智能导航，而且从二级飞行段开始应用，让其在飞行中不再“迷路”。

据研制人员介绍，世界上导致火箭飞行失利的原因中，动力系统故障就占了50%左右。传统火箭控制系统按照小偏差模式进行设计，无法适应动力故障等大偏差工况，火箭一遇到诸如“感冒发烧”等小病，后果往往是不堪设想。

如何在火箭发生故障条件下通过控制系统自适应来实现火箭的“起死回生”，成为了近些年的热点话题。

研制团队在传统控制方面的基础上，从长七A 火箭的二级飞行段便开始应用更加智能的迭代制导方法来适应大偏差干扰的影响，并针对大量的动力系统故障进行适应性设计，有效提高了火箭适应故障的能力。

拿汽车驾驶来比喻，相当于以往火箭没有导航且只能沿一条路径前行，一旦出现异常就很危险。

正因为长七A 火箭有了智能导航能力，偏离路线后可重新寻找最优路径，只要推进剂足够就可以抵达目的地。此项技术的应用具有重要意义，使我国火箭控制技术达到国际先进水平。

助推不分离 芯级不摇摆

传统设计理念中，火箭的助推器主要实现助推的功能，工作时间较短，推进剂用完后便与芯一级分离。

在研制长七A 火箭的过程中，设计师大胆设想、小心求证，提出并应用了助推不分离的方案。通过采取优化芯级和助推的加注量、调整发动机工作时序、芯一级发动机固定、调整一二级反推火箭位置等措施，大幅降低了长七A 火箭分离系统的复杂度，减少了分离火工品数量和伺服机构数量，提升了火箭的可靠性和经济性。

该项技术在国际上是首次应用，同时也为火箭未来的集束式回收奠定了基础，意义非凡。

长七A 火箭采用了哪些先进理念、方法？

长七A 火箭作为长七火箭的一个改进型，绝非仅仅在长七火箭上面加个三级那么简单。

通用化 系列化 组合化

长七A 火箭的成功研制是新一代运载火箭“通用化、系列化、组合化”设计理念的具体实践。

因为长七火箭主要执行太阳同步轨道发射任务，要想执行地球同步转移轨道任务，需要增加一个末级。长三甲系列火箭的末级更适合中型火箭，而且长三甲系列火箭的三子级已经经受了100 多次飞行考核。

如果长征七号运载火箭是基本型，那么长七A 火箭就是它最大最全的一个构型。长七A 火箭包含了4 个2.25米直径的助推模块，以及3.35 米直径的芯一级、3.35 米直径的芯二级和3米直径的芯三级。这意味着，长征七号A 火箭的发射成功，可以逐步通过做减法，进一步衍生出其它构型。

由于基础模块相同，很多火箭的零件从组件到舱段再到贮箱等，都实现了产品化，在后续进行模块生产和组装过程中，生产的速度能够大幅提升，生产的成本能够大幅降低，生产的效率也能够大幅提高。

虽然长七火箭与长三甲系列火箭为长七A 火箭的研制打下了坚实的基础，但是火箭的研制就像人的身体一样，需要各种血管、神经、肌肉等紧密连在一起，才能实现有机运转。

长征七号A 火箭研制过程中，设计师队伍进行了详细、全面的再分析、再策划。长七A 在充分继承长七火箭、长三甲系列火箭成熟模块的基础上，突破了多项关键技术、开展了几十项验证试验。

规范化 科学化 精细化

除了试验以外，长七A 火箭研制队伍按照航天领域管理的最新质量标准进行了全面周密的策划。研制队伍将长征七号A 运载火箭当做一个全新的火箭来看待，进行了详细的可靠性设计分析。对照各类专项，进行全面的设计和检查。

据了解，长七A 火箭以发射场流程精细化为抓手，在借鉴已有经验的基础上，做了更进一步的探索，把底层的岗位作业指导书与顶层的质量确认制工作结合在一起，不断推进工作规范化、科学化、精细化开展。

火箭进入了发射场后，研制队伍针对保留工序和测试覆盖性等各类工序也相继开展了工作，确保火箭在最后一个阶段的研制流程能够把工作做细、做实，确保用具体的数据来证明火箭的健康情况，确保火箭点火以后能够顺利起飞、圆满成功。★