王小軍　范瑞祥　徐利杰　錢(qián)航 （中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院）

長(zhǎng)征-7運(yùn)載火箭首次飛行任務(wù)圓滿(mǎn)成功

王小軍范瑞祥徐利杰錢(qián)航 （中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院）

2016年6月25日，由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制的全新長(zhǎng)征-7運(yùn)載火箭順利升空，拉開(kāi)了我國(guó)載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的序幕。

“首秀”成功的長(zhǎng)征-7是為我國(guó)載人空間站工程發(fā)射貨運(yùn)飛船而全新研制的新一代無(wú)毒無(wú)污染、高可靠、高安全的中型運(yùn)載火箭，未來(lái)還將運(yùn)輸載人飛船進(jìn)入太空，成為我國(guó)航天發(fā)射的主力型火箭，提升進(jìn)入空間的能力。作為我國(guó)新一代中型運(yùn)載火箭的基本構(gòu)型，長(zhǎng)征-7肩負(fù)著技術(shù)進(jìn)步和更新?lián)Q代的歷史重任，其研制成功將為我國(guó)中型運(yùn)載火箭型譜的構(gòu)建奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1　火箭特點(diǎn)

長(zhǎng)征-7火箭總長(zhǎng)53.1m，捆綁4個(gè)助推器，起飛質(zhì)量597t，由結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓輸送、控制、測(cè)量、總控網(wǎng)、動(dòng)力測(cè)控、發(fā)射支持等八大系統(tǒng)組成，具有“六項(xiàng)全新、三個(gè)綠色、一流可靠、全數(shù)字化”的顯著特點(diǎn)，近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到13.5t，是我國(guó)以往火箭的1.5倍，達(dá)到國(guó)外同類(lèi)火箭先進(jìn)水平。

長(zhǎng)征-7是我國(guó)目前發(fā)射占位最短的火箭。為了適應(yīng)海南多臺(tái)風(fēng)的特點(diǎn)，也為了未來(lái)高密度發(fā)射做準(zhǔn)備，長(zhǎng)征-7需要具備在發(fā)射區(qū)快速發(fā)射的能力，簡(jiǎn)單準(zhǔn)備后就能夠發(fā)射，形象地說(shuō)就是“即到即打”。

它還是我國(guó)首次在海洋環(huán)境下發(fā)射的火箭，海南發(fā)射場(chǎng)與內(nèi)陸發(fā)射場(chǎng)最大的不同是濕熱多雨、臺(tái)風(fēng)頻繁的海洋氣候，而火箭上的許多精密儀器對(duì)外界環(huán)境非常敏感。長(zhǎng)征-7具備在海南復(fù)雜氣象、氣候環(huán)境下全天候的發(fā)射能力，形象地說(shuō)就是“想打就打”。

其首飛成功，代表了我國(guó)近60年運(yùn)載火箭研制領(lǐng)域的最高水平，標(biāo)志著我國(guó)新一代運(yùn)載火箭在數(shù)字化設(shè)計(jì)能力上已躋身國(guó)際先進(jìn)行列。

長(zhǎng)征-7的優(yōu)異性能來(lái)自于多個(gè)創(chuàng)新。作為新一代運(yùn)載火箭，長(zhǎng)征-7的研制堅(jiān)持技術(shù)領(lǐng)先、永創(chuàng)一流。六項(xiàng)全新是指“新動(dòng)力、新布局、新環(huán)境、新結(jié)構(gòu)、新體制、新測(cè)發(fā)”。

（1）新動(dòng)力火箭更“環(huán)?！?/p>

長(zhǎng)征-7火箭各級(jí)均采用了新研制的液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)及與之適應(yīng)的新型低溫增壓輸送系統(tǒng)，研制難度大；采用6臺(tái)YF-100發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)起飛工作，起飛推力達(dá)到730t，運(yùn)載能力達(dá)到了現(xiàn)役火箭的1.5倍，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)火箭的跨越式發(fā)展。

（2）新布局可靠性大幅提升

長(zhǎng)征-7的外形和我國(guó)現(xiàn)有的火箭體型差別不大，但為儲(chǔ)存更多燃料，提供更強(qiáng)動(dòng)力，它的助推器長(zhǎng)約27m，接近現(xiàn)役火箭助推器的2倍，而這種改變需要對(duì)火箭助推器進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)火箭固定助推器需要2個(gè)捆綁點(diǎn)，而長(zhǎng)征-7又增加了1個(gè)，相比現(xiàn)役火箭靜定的捆綁方案，長(zhǎng)征-7的載荷、捆綁裝置等設(shè)計(jì)難度加大，但可靠性大幅提升。

長(zhǎng)征-7火箭整流罩?。ㄋ迻|/攝）

（3）新環(huán)境火箭適應(yīng)性更強(qiáng)

長(zhǎng)征-7是在海南文昌新發(fā)射場(chǎng)發(fā)射的第一枚火箭，通過(guò)一系列技術(shù)創(chuàng)新，克服了新型動(dòng)力系統(tǒng)以及多發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)導(dǎo)致的箭上和地面嚴(yán)酷的力、熱環(huán)境；克服了海南發(fā)射場(chǎng)高溫、高濕、鹽霧、淺層風(fēng)及雷電等自然環(huán)境條件帶來(lái)的新挑戰(zhàn)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)上始終堅(jiān)持“短期載貨，長(zhǎng)期載人；多種構(gòu)型、全面覆蓋”的原則，不僅可在海南發(fā)射，未來(lái)也可在酒泉、西昌、太原等內(nèi)陸發(fā)射場(chǎng)發(fā)射，運(yùn)載能力覆蓋大多數(shù)主流衛(wèi)星所需的運(yùn)載能力，面向主流衛(wèi)星市場(chǎng)，適應(yīng)面更寬。型譜上，長(zhǎng)征-7在火箭后續(xù)衍生構(gòu)型上更具多樣性和靈活性，適應(yīng)面更廣。

（4）新結(jié)構(gòu)第一枚全數(shù)字火箭

長(zhǎng)征-7采用了三維設(shè)計(jì)/制造技術(shù)，打通了從設(shè)計(jì)到制造的全三維流程（全三維協(xié)同、全三維設(shè)計(jì)、全三維制造、數(shù)字仿真試驗(yàn)、數(shù)字化發(fā)射服務(wù)），是我國(guó)首枚“數(shù)字化”火箭，標(biāo)志著我國(guó)運(yùn)載火箭邁入了全生命周期數(shù)字化的大門(mén)。同時(shí)，火箭采用了整體鍛環(huán)機(jī)加成型叉形環(huán)、貯箱壁板網(wǎng)格平板機(jī)械銑及滾彎成型等新工藝，將進(jìn)一步促進(jìn)“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略落地實(shí)施。

（5）新體制火箭更可靠

長(zhǎng)征-7是按照載人航天標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的火箭，控制系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了冗余，其中控制系統(tǒng)采用3條1553B總線控制，基于三總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全箭信息綜合、飛行控制；實(shí)現(xiàn)了遙/外測(cè)一體化設(shè)計(jì)，采用天基測(cè)控實(shí)現(xiàn)重要數(shù)據(jù)中繼傳輸，設(shè)計(jì)可靠性更高。未來(lái)成熟后將成為新一代載人火箭，用于發(fā)射新一代載人飛船。

（6）新測(cè)發(fā)火箭發(fā)射更簡(jiǎn)便

火箭在發(fā)射場(chǎng)進(jìn)行的垂直總裝、垂直測(cè)試、垂直轉(zhuǎn)場(chǎng)，被稱(chēng)為“三垂模式”?，F(xiàn)役火箭中采用的“三垂模式”，其箭地連接工作在技術(shù)區(qū)和發(fā)射區(qū)要進(jìn)行2次，而長(zhǎng)征-7采用的“新三垂模式”，僅1次對(duì)接就可以完成工作，狀態(tài)的一致性更好，且前端地面測(cè)發(fā)控設(shè)備在技術(shù)區(qū)進(jìn)行了充分測(cè)試，轉(zhuǎn)至發(fā)射區(qū)以后出現(xiàn)故障的概率更低，有效提高了發(fā)射可靠性，同時(shí)也避免了火箭轉(zhuǎn)場(chǎng)后遇到惡劣天氣再返回技術(shù)區(qū)的情況發(fā)生。

在海南國(guó)際旅游島發(fā)射的長(zhǎng)征-7也是一枚“綠色”火箭，“綠色”能源、“綠色”材料、“綠色”工藝。其中，“綠色”能源是指火箭全部采用先進(jìn)的無(wú)毒、無(wú)污染液氧/煤油推進(jìn)劑，大大改善了生產(chǎn)、使用過(guò)程環(huán)境的友好性、人員的安全性。

長(zhǎng)征-7火箭以平均15.3m/min的速度，經(jīng)過(guò)3h3min，行進(jìn)了2.8km后順利轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)

長(zhǎng)征-7火箭活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)駛出垂直總裝廠房

作為我國(guó)新一代中型運(yùn)載火箭的基本構(gòu)型，長(zhǎng)征-7將是我國(guó)未來(lái)航天發(fā)射任務(wù)的主力軍，未來(lái)將成為在役主力火箭的“接班人”，肩負(fù)著“長(zhǎng)征”火箭技術(shù)進(jìn)步和更新?lián)Q代的歷史重任，也可用于發(fā)射新一代載人飛船。長(zhǎng)征-7完成此次首飛任務(wù)之后，未來(lái)將承擔(dān)我國(guó)首艘貨運(yùn)飛船—天舟-1的發(fā)射，為我國(guó)長(zhǎng)期有人照料的空間站搭建起“天地運(yùn)輸走廊”。

2　搭載載荷

為充分發(fā)揮長(zhǎng)征-7首飛的綜合效益，綜合統(tǒng)籌有關(guān)需求，首飛的長(zhǎng)征-7上安排了遠(yuǎn)征-1A上面級(jí)、多用途飛船縮比返回艙、遨龍-1空間碎片主動(dòng)清理飛行器、“天鴿飛行器”（2個(gè)）、在軌加注實(shí)驗(yàn)裝置和“翱翔之星”立方體衛(wèi)星等6項(xiàng)7個(gè)載荷。

（1）遠(yuǎn)征-1A：太空“擺渡車(chē)”

遠(yuǎn)征-1A上面級(jí)本身也是一種航天器，具有獨(dú)立自主飛行、多次啟動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間在軌等特點(diǎn)，長(zhǎng)征-7發(fā)射進(jìn)入地球軌道后，利用遠(yuǎn)征-1A能將其他有效載荷從某一軌道送入其他軌道或空間位置。

遠(yuǎn)征-1A的主要任務(wù)是驗(yàn)證多次啟動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間在軌飛行等技術(shù)，并作為其他載荷的搭載平臺(tái)，按程序?qū)㈠埤?1、“翱翔之星”、“天鴿飛行器”分別“擺渡”到不同的預(yù)定軌道，開(kāi)展相關(guān)在軌試驗(yàn)。

（2）多用途飛船縮比返回艙：驗(yàn)證新型載人飛船設(shè)計(jì)

多用途飛船縮比返回艙采用返回艙加過(guò)渡段的兩艙構(gòu)型，外形為全新的倒錐形。試驗(yàn)的主要任務(wù)是獲取返回艙飛行的氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱數(shù)據(jù)，驗(yàn)證可拆卸防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為后續(xù)新型載人飛船的論證設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)奠定基礎(chǔ)。

（3）遨龍-1：驗(yàn)證太空垃圾清除術(shù)

遨龍-1空間碎片主動(dòng)清理飛行器將在前期技術(shù)研究和地面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以模擬的空間碎片為目標(biāo)，驗(yàn)證碎片清除關(guān)鍵技術(shù)，任務(wù)結(jié)束后進(jìn)行鈍化處理。

（4）“天鴿飛行器”：太空中轉(zhuǎn)站中繼天地信息

這次搭載的2個(gè)“天鴿飛行器”將開(kāi)展在軌信息中繼技術(shù)試驗(yàn)，也可以作為信息中轉(zhuǎn)站，進(jìn)行天地信息傳輸。

（5）在軌加注實(shí)驗(yàn)裝置：太空“加油機(jī)”

在軌加注實(shí)驗(yàn)裝置的作用類(lèi)似于“空中加油機(jī)”，用于在空間軌道上為衛(wèi)星、空間站等航天器進(jìn)行氣、液補(bǔ)給，延長(zhǎng)航天器的工作壽命。在軌加注實(shí)驗(yàn)裝置與遠(yuǎn)征-1A上面級(jí)不分離，試驗(yàn)任務(wù)結(jié)束后再入大氣層燒毀。

（6）“翱翔之星”：在校師生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

“翱翔之星”采用標(biāo)準(zhǔn)立方體衛(wèi)星理念設(shè)計(jì)，由在校研究生及青年教師參與研制，質(zhì)量33kg，在軌工作壽命1年，將開(kāi)展地球重力場(chǎng)測(cè)量、空間抗輻射實(shí)驗(yàn)以及自然偏振光導(dǎo)航技術(shù)驗(yàn)證等一系列創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

3　重要意義

長(zhǎng)征-7的研制突破并掌握了一大批具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全新技術(shù)，推動(dòng)了我國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)的進(jìn)步，培養(yǎng)了一批技術(shù)人才，牽引著天津大運(yùn)載火箭基地和海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)的建設(shè)，也為后續(xù)新一代運(yùn)載火箭的研制打下了良好基礎(chǔ)。

長(zhǎng)征-7首次飛行任務(wù)的圓滿(mǎn)成功，標(biāo)志著我國(guó)載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷，標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入太空空間的能力大幅提升。同時(shí)，長(zhǎng)征-7的成功研制，對(duì)于構(gòu)建我國(guó)未來(lái)空間運(yùn)輸體系、加快我國(guó)現(xiàn)役運(yùn)載火箭的更新?lián)Q代，都具有重要的意義。

轉(zhuǎn)場(chǎng)中的長(zhǎng)征-7火箭

長(zhǎng)征-7首飛是我國(guó)載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)階段的發(fā)令槍?zhuān)绊懮钸h(yuǎn)，意義重大，將刷新中國(guó)航天多個(gè)記錄，掀開(kāi)中國(guó)火箭發(fā)展新的篇章。

4　結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)征-7作為按照載人航天標(biāo)準(zhǔn)研制的新一代中型運(yùn)載火箭，具有高性能、高可靠的顯著優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景十分廣闊，可以簡(jiǎn)單地概括為“近期載貨，遠(yuǎn)期載人；多種改型、全面覆蓋”。除了完成多次貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)外，長(zhǎng)征-7通過(guò)飛行考核驗(yàn)證后，還將具備執(zhí)行載人飛船發(fā)射的能力。通過(guò)簡(jiǎn)單的適應(yīng)性改造，它在短期內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)發(fā)射高、中、低軌各種應(yīng)用衛(wèi)星的能力，以滿(mǎn)足當(dāng)前國(guó)內(nèi)外主流衛(wèi)星發(fā)射市場(chǎng)的迫切需求，打造成中國(guó)航天面向市場(chǎng)化、國(guó)際化的主力火箭和金牌火箭。

Perfect First Flight of Launch Vehicle CZ-7