長征新一代運載火箭，有啥特點？

長征新一代運載火箭主要是我國因應航天事業(yè)發(fā)展需求、順應運載技術發(fā)展趨勢、面向國際市場激烈競爭而發(fā)展的，是與上一代運載火箭有著明顯技術路徑差異和功能性能提升的新型運載火箭系列。

上一代長征火箭支撐起絕大多數(shù)衛(wèi)星發(fā)射

要想了解長征新一代運載火箭，還需要首先把眼光放回到上一代長征運載火箭身上。

我國的第一代運載火箭是基于以四氧化二氮和偏二甲肼組合而成的有毒的推進劑體系，以及單推力室推力為70噸級的主發(fā)動機模塊。它們最早都是由我國的長征二號運載火箭牽引研制出來的，成為后續(xù)運載火箭發(fā)展的基礎。

長征二號F運載火箭（中國航天報記者 宿東 攝）

在“長征二號”的技術基礎上，通過捆綁助推器、加裝第三級等模式，發(fā)展出了多種系列的長征運載火箭，包括“長征二號”系列、“長征三號”系列、“長征四號”系列等。

現(xiàn)役的第一代運載火箭支撐了我國目前絕大部分衛(wèi)星發(fā)射任務，涵蓋近地軌道、太陽同步軌道、地球同步轉(zhuǎn)移軌道以及更遠的月地轉(zhuǎn)移軌道。

總體思路與設計思想

隨著時代的發(fā)展，老一代長征火箭的技術潛力基本已經(jīng)被挖掘殆盡。在這樣的背景下，我國于2006年10月決策開展新一代運載火箭研制。我國新一代運載火箭遵循“一個系列、兩種發(fā)動機、三個模塊”的總體思路，并貫徹“通用化、組合化、系列化”的設計思想。即通過組合液氧/煤油、液氫/液氧兩種動力系統(tǒng)，5米、3.35米、2.25米三種直徑箭體模塊，通過模塊化的不同組合，形成不同運載能力的新一代運載火箭系列，支撐我國各種發(fā)射任務。

綠色、無毒、無污染

縱觀新一代運載火箭，其最大的特點就是“綠色無毒”。

我國第一代運載火箭繼承于液體導彈，主要使用的推進劑組合是偏二甲肼和四氧化二氮，屬于有毒推進劑。尤其是偏二甲肼，不僅無色無味，還能直接透過皮膚進入人體。即使掉落到地上，也能和空氣反應生成對肝臟有劇毒的二甲基亞硝胺，存留于土壤和地下水中。這些常規(guī)推進劑在地面運輸、貯存、加注等一系列過程中，都需要進行嚴格的防護，否則就會對自然環(huán)境和人身健康造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。常規(guī)推進劑的處理需要付出巨大的成本代價，不符合綠色環(huán)保的國際發(fā)展潮流。

當前國外主流運載火箭均采用液氧烴類綠色環(huán)保推進劑，我國需要在太空探索活動中順應發(fā)展潮流，實現(xiàn)環(huán)保與環(huán)境友好。有鑒于此，將這些有毒的推進劑替換為無毒的綠色推進劑，降低地面發(fā)射準備的危險性，就成為我國發(fā)展新一代運載火箭的重要考慮因素之一。新一代運載火箭采用無毒無污染的液氧、液氫、煤油作為主要推進劑。

四款新型發(fā)動機

新一代運載火箭的第二個突出特點就是“模塊通用”。

為了最大程度節(jié)約研制成本，我國新一代運載火箭貫徹了模塊化研制的思路。對這一點體現(xiàn)最完美的就是新一代運載火箭的發(fā)動機了。在新一代運載火箭研制中，主要研制了四型新的火箭發(fā)動機，分別是120噸級的YF-100、50噸級的YF-77、9噸級的YF-75D、18噸級的YF-115。

YF-100火箭發(fā)動機是一種以液氧/煤油作為推進劑的，分級燃燒循環(huán)火箭發(fā)動機。發(fā)動機地面推力約120噸，地面比沖約300秒，噴口直徑約1.4米，可以65%節(jié)流以調(diào)節(jié)推力。YF-100火箭發(fā)動機采用了先進的富氧預燃分級燃燒循環(huán)，即少量的煤油燃料與全部液氧氧化劑在燃氣發(fā)生器內(nèi)發(fā)生燃燒反應，生成溫度較低的高壓富氧燃氣。以這樣的富氧燃氣驅(qū)動燃氣渦輪泵工作，對來自于貯箱的推進劑進行增壓，將推進劑擠壓到發(fā)動機主推力室中進行燃燒產(chǎn)生推力。YF-100火箭發(fā)動機按照多次使用設計，實現(xiàn)了單臺發(fā)動機多次地面試車，具有重復使用的潛力。

YF-77火箭發(fā)動機是一種以液氧/液氫作為推進劑的燃氣發(fā)生器循環(huán)火箭發(fā)動機。發(fā)動機地面推力約52噸，噴口直徑約1.45米。YF-77火箭發(fā)動機是我國自主研制的首臺大推力、地面點火啟動的氫氧火箭發(fā)動機。

YF-77氫氧發(fā)動機

YF-75D火箭發(fā)動機是一種以液氧/液氫作為推進劑的，閉式膨脹循環(huán)火箭發(fā)動機。YF-75D發(fā)動機真空推力9噸，采用雙渦輪泵串聯(lián)、泵前搖擺方案，噴管面積比80:1，比沖約442秒，具備二次啟動工作能力。

YF-115火箭發(fā)動機是一種以液氧/煤油作為推進劑的，富氧補燃循環(huán)火箭發(fā)動機。YF-115火箭發(fā)動機真空推力18噸，采用火藥啟動器起動與轉(zhuǎn)級，噴管面積比88:1，比沖約342秒。

通過對這些火箭發(fā)動機的不同數(shù)量組合運用，支撐形成了新一代運載火箭?！伴L征五號”使用了8臺YF-100、2臺YF-77、2臺YF-75D；“長征五號乙”使用了8臺YF-100、2臺YF-77；“長征七號”使用了6臺YF-100、2臺YF-115；“長征六號”使用了1臺YF-100、1臺YF-115。

性能大跨越

新一代運載火箭的第三個突出特點就是“性能跨越”。

新一代運載火箭大量采用了國際最新技術，其發(fā)動機系統(tǒng)、增壓輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、結構系統(tǒng)等都是全新的，能夠比肩國際一流。由于技術實現(xiàn)重大跨越，運載效率大幅提升，運載能力實現(xiàn)成倍或數(shù)量級增長。

長征六號運載火箭為三級串聯(lián)構型，具備適應簡易設施發(fā)射的能力，可實現(xiàn)7天快速發(fā)射，700千米太陽同步軌道的運載能力為1噸。捆綁構型的“長征七號”具備近地軌道13.5噸、700千米太陽同步軌道5.5噸的運載能力?！伴L征五號”更是具備了近地軌道25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸的運載能力。

長征五號運載火箭（中國航天報記者 王磊攝）

盡管“長征五號”實現(xiàn)了運載能力的全面擴展，但是作為日常使用的火箭，它還是太過奢侈了。畢竟要使用滿那么大的運載能力，還是一件不容易的事。因此，在長征七號運載火箭的基礎上進行了進一步的改進，那就是面向太陽同步軌道的“長征八號”和面向地球同步轉(zhuǎn)移軌道的“長征七號甲”。

長征八號運載火箭為兩級半構型，芯一級繼承長征七號運載火箭一子級狀態(tài)，芯二級繼承長征三號甲系列運載火箭三子級狀態(tài)。填補了我國700千米太陽同步軌道3噸～4.5噸運載能力的空白。

長征七號甲運載火箭一級、二級及助推器基本上繼承長征七號運載火箭，三子級基本繼承長征三號甲系列運載火箭的液氫液氧末級，滿足地球同步轉(zhuǎn)移軌道5.5噸～7噸的運載能力。