長(zhǎng)征七號(hào)A首飛：舊瓶裝新酒，同步軌道走

　　出品：科普中國(guó)

　　制作：長(zhǎng)征⑨號(hào)團(tuán)隊(duì)

　　監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

　　2016年6月，新一代中型液體燃料運(yùn)載火箭長(zhǎng)征七號(hào)首飛成功，并于2017年4月成功將天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船送入太空。此前，在《長(zhǎng)征七號(hào)，走你》（http://www.kepu.net.cn/ydrhcz/ydrhcz_zpzs/ydrh_2016/201606/t20160625_471318.html）一文中，筆者就提到，長(zhǎng)征七號(hào)具有將載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）的能力。歷經(jīng)四年多，長(zhǎng)征七號(hào)A型千呼萬(wàn)喚始出來(lái)。

　　2021年3月12日，中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)，我國(guó)新一代中型高軌液體運(yùn)載火箭長(zhǎng)征七號(hào)A運(yùn)載火箭發(fā)射成功，將試驗(yàn)九號(hào)衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道。

　　長(zhǎng)征七號(hào)A運(yùn)載火箭起飛 來(lái)源：中國(guó)航天科技集團(tuán)

　　有些人可能會(huì)奇怪，將載荷送去地球同步轉(zhuǎn)移軌道的話，明明長(zhǎng)征三號(hào)乙這種金牌火箭用得好好的，為什么還要安排“長(zhǎng)征七號(hào)A”？這可以從幾個(gè)方面來(lái)解釋。

　　首先，是已經(jīng)被吐槽了無(wú)數(shù)次的“燒毒”問(wèn)題。

　　長(zhǎng)征三號(hào)乙（圖片來(lái)源：國(guó)家航天局）

　　盡管“長(zhǎng)征三號(hào)”系列運(yùn)載火箭已經(jīng)是我國(guó)運(yùn)載火箭歷史上的傳奇，享有“金牌火箭”的稱號(hào)，但其主要?jiǎng)恿λ褂玫腢DMH-N2O4（偏二甲肼-四氧化二氮）的燃料體系，在目前看來(lái)已顯得落后。盡管UDMH-N2O4體系具有混合即燃、可常溫貯存、密度比沖高的優(yōu)點(diǎn)，然而無(wú)論是偏二甲肼還是四氧化二氮都是具有高毒性以及腐蝕性的。一枚火箭需要數(shù)百噸的燃料，即便有極少量的燃料沒(méi)有得到燃燒，也將導(dǎo)致大量污染物的泄露。這同時(shí)也意味著，在一枚火箭發(fā)射升空之后，發(fā)射場(chǎng)仍然是具有相當(dāng)大的污染風(fēng)險(xiǎn)，而落區(qū)也將遭受污染。

　　與之形成鮮明對(duì)比的是，去年年底使用液氫液氧燃料的“長(zhǎng)征五號(hào)”復(fù)飛成功之后僅僅數(shù)分鐘，工作人員便能接近余溫尚存的發(fā)射架進(jìn)行檢查。因此，改變火箭燃料，將為地面工作者提供相當(dāng)大的便利。

　　其次，是“長(zhǎng)征七號(hào)A”所帶來(lái)的的GTO（地球同步轉(zhuǎn)移軌道）運(yùn)力提升。

　　紅色的就是地球同步轉(zhuǎn)移軌道（圖片來(lái)源見(jiàn)水?。?/p>

　　盡管“長(zhǎng)征五號(hào)”的GTO達(dá)到了14噸，能夠發(fā)射未來(lái)的新一代超大尺寸通訊衛(wèi)星平臺(tái)“東方紅五號(hào)”，然而在地球同步軌道上運(yùn)行的不僅僅有通訊衛(wèi)星，還有導(dǎo)航衛(wèi)星、對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星等等。例如我國(guó)的高分四號(hào)衛(wèi)星，它位于地球同步軌道上開(kāi)展對(duì)地觀測(cè)任務(wù)，分辨率達(dá)到了50米級(jí)。但值得注意的是，“高分四號(hào)”已經(jīng)逼近5噸，接近了“長(zhǎng)征三號(hào)乙”的運(yùn)力上限，同時(shí)更高的對(duì)地觀測(cè)精度要求（例如20米級(jí)）將會(huì)讓成像系統(tǒng)繼續(xù)小幅增重。顯然，“長(zhǎng)征三號(hào)乙”將無(wú)法滿足未來(lái)的發(fā)射需求，而動(dòng)用“長(zhǎng)征五號(hào)”則是“殺雞用牛刀”，過(guò)于浪費(fèi)。

　　搭載“高分四號(hào)”衛(wèi)星的長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭發(fā)射升空（圖片來(lái)源：新華社記者 薛玉斌 攝）

　　那怎么辦呢？如果基于已有的“長(zhǎng)征七號(hào)”構(gòu)型，再添加一級(jí)以YF-75氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿Φ纳厦婕?jí)，就可以擁有7噸的GTO投送能力！不多不少，正好可以滿足此類更大質(zhì)量同步衛(wèi)星的發(fā)射需求，這正是“長(zhǎng)征七號(hào)A”的誕生思路。同時(shí)，當(dāng)前國(guó)際主流地球同步軌道通訊衛(wèi)星的質(zhì)量在5-7噸，這也意味著，“長(zhǎng)征七號(hào)A”在國(guó)際通訊衛(wèi)星發(fā)射市場(chǎng)中也將具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　第三，“長(zhǎng)征七號(hào)A”運(yùn)載火箭芯級(jí)尺寸為3.35米。

　　長(zhǎng)征七號(hào)A（圖片來(lái)源：中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院新聞中心）

　　這就意味著，它能靠火車運(yùn)輸?shù)姆绞角巴覈?guó)內(nèi)陸的三大發(fā)射場(chǎng)，只要我們對(duì)已有的發(fā)射工位進(jìn)行改造，就有機(jī)會(huì)開(kāi)展發(fā)射任務(wù)。在文昌衛(wèi)星發(fā)射中心僅有1個(gè)“長(zhǎng)征七號(hào)”發(fā)射工位的情況下，能夠在更多的發(fā)射中心發(fā)射，將有可能更加有效地分流發(fā)射壓力。

　　第四，“長(zhǎng)征七號(hào)A”目前可以認(rèn)為是基于“長(zhǎng)征七號(hào)”基本型的改進(jìn)版，利用了大量成熟的技術(shù)與成果。例如，一級(jí)與助推級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)是與長(zhǎng)征五號(hào)同款的YF-100，二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)是與長(zhǎng)征六號(hào)同款的YF-115，上面級(jí)是與長(zhǎng)征三號(hào)同款的3米直徑箭體，YF-75發(fā)動(dòng)機(jī)等。未來(lái)在應(yīng)用了YF-100K泵后擺式發(fā)動(dòng)機(jī)、YF-100M高空版發(fā)動(dòng)機(jī)、YF-75D發(fā)動(dòng)機(jī)、3.35米直徑上面級(jí)后，“長(zhǎng)征七號(hào)A”的運(yùn)力及整流罩直徑將能夠得到進(jìn)一步提升，為載荷提供更多的設(shè)計(jì)余量，還可以為衛(wèi)星設(shè)計(jì)師們的頭發(fā)提供更加充足的保障。

　　第五，“長(zhǎng)征七號(hào)A”將首次出現(xiàn)助推器與芯級(jí)不分離的情況。在前期披露的“長(zhǎng)征八號(hào)”系列運(yùn)載火箭中，“長(zhǎng)征八號(hào)”火箭的垂直回收版本也是助推器不分離的，此次“長(zhǎng)征七號(hào)A”運(yùn)載火箭在第一級(jí)分離后，也將為后續(xù)可能的火箭垂直回收復(fù)用提供更多的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)，如果“長(zhǎng)征七號(hào)A”以及后續(xù)改型仍然選擇在內(nèi)陸地區(qū)發(fā)射的話，其在我國(guó)領(lǐng)土內(nèi)的落區(qū)個(gè)數(shù)也將縮減為一個(gè)，盡管不能變成0，但其對(duì)于保護(hù)落區(qū)人民的人身與財(cái)產(chǎn)安全仍然有著重要的作用。

　　此次“長(zhǎng)征七號(hào)A”的首飛成功，盡管其意義不如“長(zhǎng)征五號(hào)”那么大，但依然影響深遠(yuǎn)?？赡茉诓贿h(yuǎn)的將來(lái)，功勛卓著的老一代火箭“長(zhǎng)征二號(hào)”、“長(zhǎng)征三號(hào)”、“長(zhǎng)征四號(hào)”將完成其歷史使命，接棒給新一代的運(yùn)載火箭。