王小軍　范瑞祥　徐利杰　錢航 （中國運載火箭技術研究院）

長征-7運載火箭首次飛行任務圓滿成功

王小軍范瑞祥徐利杰錢航 （中國運載火箭技術研究院）

2016年6月25日，由中國航天科技集團公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研制的全新長征-7運載火箭順利升空，拉開了我國載人航天工程空間實驗室任務的序幕。

“首秀”成功的長征-7是為我國載人空間站工程發(fā)射貨運飛船而全新研制的新一代無毒無污染、高可靠、高安全的中型運載火箭，未來還將運輸載人飛船進入太空，成為我國航天發(fā)射的主力型火箭，提升進入空間的能力。作為我國新一代中型運載火箭的基本構(gòu)型，長征-7肩負著技術進步和更新?lián)Q代的歷史重任，其研制成功將為我國中型運載火箭型譜的構(gòu)建奠定堅實的基礎。

1　火箭特點

長征-7火箭總長53.1m，捆綁4個助推器，起飛質(zhì)量597t，由結(jié)構(gòu)、發(fā)動機、增壓輸送、控制、測量、總控網(wǎng)、動力測控、發(fā)射支持等八大系統(tǒng)組成，具有“六項全新、三個綠色、一流可靠、全數(shù)字化”的顯著特點，近地軌道運載能力達到13.5t，是我國以往火箭的1.5倍，達到國外同類火箭先進水平。

長征-7是我國目前發(fā)射占位最短的火箭。為了適應海南多臺風的特點，也為了未來高密度發(fā)射做準備，長征-7需要具備在發(fā)射區(qū)快速發(fā)射的能力，簡單準備后就能夠發(fā)射，形象地說就是“即到即打”。

它還是我國首次在海洋環(huán)境下發(fā)射的火箭，海南發(fā)射場與內(nèi)陸發(fā)射場最大的不同是濕熱多雨、臺風頻繁的海洋氣候，而火箭上的許多精密儀器對外界環(huán)境非常敏感。長征-7具備在海南復雜氣象、氣候環(huán)境下全天候的發(fā)射能力，形象地說就是“想打就打”。

其首飛成功，代表了我國近60年運載火箭研制領域的最高水平，標志著我國新一代運載火箭在數(shù)字化設計能力上已躋身國際先進行列。

長征-7的優(yōu)異性能來自于多個創(chuàng)新。作為新一代運載火箭，長征-7的研制堅持技術領先、永創(chuàng)一流。六項全新是指“新動力、新布局、新環(huán)境、新結(jié)構(gòu)、新體制、新測發(fā)”。

（1）新動力火箭更“環(huán)?！?/p>

長征-7火箭各級均采用了新研制的液氧/煤油發(fā)動機及與之適應的新型低溫增壓輸送系統(tǒng)，研制難度大；采用6臺YF-100發(fā)動機并聯(lián)起飛工作，起飛推力達到730t，運載能力達到了現(xiàn)役火箭的1.5倍，實現(xiàn)了我國火箭的跨越式發(fā)展。

（2）新布局可靠性大幅提升

長征-7的外形和我國現(xiàn)有的火箭體型差別不大，但為儲存更多燃料，提供更強動力，它的助推器長約27m，接近現(xiàn)役火箭助推器的2倍，而這種改變需要對火箭助推器進行全新設計。傳統(tǒng)火箭固定助推器需要2個捆綁點，而長征-7又增加了1個，相比現(xiàn)役火箭靜定的捆綁方案，長征-7的載荷、捆綁裝置等設計難度加大，但可靠性大幅提升。

長征-7火箭整流罩?。ㄋ迻|/攝）

（3）新環(huán)境火箭適應性更強

長征-7是在海南文昌新發(fā)射場發(fā)射的第一枚火箭，通過一系列技術創(chuàng)新，克服了新型動力系統(tǒng)以及多發(fā)動機并聯(lián)導致的箭上和地面嚴酷的力、熱環(huán)境；克服了海南發(fā)射場高溫、高濕、鹽霧、淺層風及雷電等自然環(huán)境條件帶來的新挑戰(zhàn)。同時，在設計上始終堅持“短期載貨，長期載人；多種構(gòu)型、全面覆蓋”的原則，不僅可在海南發(fā)射，未來也可在酒泉、西昌、太原等內(nèi)陸發(fā)射場發(fā)射，運載能力覆蓋大多數(shù)主流衛(wèi)星所需的運載能力，面向主流衛(wèi)星市場，適應面更寬。型譜上，長征-7在火箭后續(xù)衍生構(gòu)型上更具多樣性和靈活性，適應面更廣。

（4）新結(jié)構(gòu)第一枚全數(shù)字火箭

長征-7采用了三維設計/制造技術，打通了從設計到制造的全三維流程（全三維協(xié)同、全三維設計、全三維制造、數(shù)字仿真試驗、數(shù)字化發(fā)射服務），是我國首枚“數(shù)字化”火箭，標志著我國運載火箭邁入了全生命周期數(shù)字化的大門。同時，火箭采用了整體鍛環(huán)機加成型叉形環(huán)、貯箱壁板網(wǎng)格平板機械銑及滾彎成型等新工藝，將進一步促進“中國制造2025”國家戰(zhàn)略落地實施。

（5）新體制火箭更可靠

長征-7是按照載人航天標準設計的火箭，控制系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)實現(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)絡實現(xiàn)全箭信息綜合、飛行控制；實現(xiàn)了遙/外測一體化設計，采用天基測控實現(xiàn)重要數(shù)據(jù)中繼傳輸，設計可靠性更高。未來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）新測發(fā)火箭發(fā)射更簡便

火箭在發(fā)射場進行的垂直總裝、垂直測試、垂直轉(zhuǎn)場，被稱為“三垂模式”。現(xiàn)役火箭中采用的“三垂模式”，其箭地連接工作在技術區(qū)和發(fā)射區(qū)要進行2次，而長征-7采用的“新三垂模式”，僅1次對接就可以完成工作，狀態(tài)的一致性更好，且前端地面測發(fā)控設備在技術區(qū)進行了充分測試，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，同時也避免了火箭轉(zhuǎn)場后遇到惡劣天氣再返回技術區(qū)的情況發(fā)生。

在海南國際旅游島發(fā)射的長征-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的無毒、無污染液氧/煤油推進劑，大大改善了生產(chǎn)、使用過程環(huán)境的友好性、人員的安全性。

長征-7火箭以平均15.3m/min的速度，經(jīng)過3h3min，行進了2.8km后順利轉(zhuǎn)運至發(fā)射區(qū)

長征-7火箭活動發(fā)射平臺駛出垂直總裝廠房

作為我國新一代中型運載火箭的基本構(gòu)型，長征-7將是我國未來航天發(fā)射任務的主力軍，未來將成為在役主力火箭的“接班人”，肩負著“長征”火箭技術進步和更新?lián)Q代的歷史重任，也可用于發(fā)射新一代載人飛船。長征-7完成此次首飛任務之后，未來將承擔我國首艘貨運飛船—天舟-1的發(fā)射，為我國長期有人照料的空間站搭建起“天地運輸走廊”。

2　搭載載荷

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

（1）遠征-1A：太空“擺渡車”

遠征-1A上面級本身也是一種航天器，具有獨立自主飛行、多次啟動、長時間在軌等特點，長征-7發(fā)射進入地球軌道后，利用遠征-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。

遠征-1A的主要任務是驗證多次啟動、長時間在軌飛行等技術，并作為其他載荷的搭載平臺，按程序?qū)㈠埤?1、“翱翔之星”、“天鴿飛行器”分別“擺渡”到不同的預定軌道，開展相關在軌試驗。

（2）多用途飛船縮比返回艙：驗證新型載人飛船設計

多用途飛船縮比返回艙采用返回艙加過渡段的兩艙構(gòu)型，外形為全新的倒錐形。試驗的主要任務是獲取返回艙飛行的氣動力和氣動熱數(shù)據(jù)，驗證可拆卸防熱結(jié)構(gòu)設計，為后續(xù)新型載人飛船的論證設計和關鍵技術攻關奠定基礎。

（3）遨龍-1：驗證太空垃圾清除術

遨龍-1空間碎片主動清理飛行器將在前期技術研究和地面試驗的基礎上，以模擬的空間碎片為目標，驗證碎片清除關鍵技術，任務結(jié)束后進行鈍化處理。

（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“天鴿飛行器”將開展在軌信息中繼技術試驗，也可以作為信息中轉(zhuǎn)站，進行天地信息傳輸。

（5）在軌加注實驗裝置：太空“加油機”

在軌加注實驗裝置的作用類似于“空中加油機”，用于在空間軌道上為衛(wèi)星、空間站等航天器進行氣、液補給，延長航天器的工作壽命。在軌加注實驗裝置與遠征-1A上面級不分離，試驗任務結(jié)束后再入大氣層燒毀。

（6）“翱翔之星”：在校師生創(chuàng)新實驗

“翱翔之星”采用標準立方體衛(wèi)星理念設計，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，將開展地球重力場測量、空間抗輻射實驗以及自然偏振光導航技術驗證等一系列創(chuàng)新實驗。

3　重要意義

長征-7的研制突破并掌握了一大批具有完全自主知識產(chǎn)權的全新技術，推動了我國運載火箭技術的進步，培養(yǎng)了一批技術人才，牽引著天津大運載火箭基地和海南文昌航天發(fā)射場的建設，也為后續(xù)新一代運載火箭的研制打下了良好基礎。

長征-7首次飛行任務的圓滿成功，標志著我國載人航天工程空間實驗室飛行任務首戰(zhàn)告捷，標志著我國進入太空空間的能力大幅提升。同時，長征-7的成功研制，對于構(gòu)建我國未來空間運輸體系、加快我國現(xiàn)役運載火箭的更新?lián)Q代，都具有重要的意義。

轉(zhuǎn)場中的長征-7火箭

長征-7首飛是我國載人航天工程空間實驗室任務階段的發(fā)令槍，影響深遠，意義重大，將刷新中國航天多個記錄，掀開中國火箭發(fā)展新的篇章。

4　結(jié)束語

長征-7作為按照載人航天標準研制的新一代中型運載火箭，具有高性能、高可靠的顯著優(yōu)勢，應用前景十分廣闊，可以簡單地概括為“近期載貨，遠期載人；多種改型、全面覆蓋”。除了完成多次貨運飛船發(fā)射任務外，長征-7通過飛行考核驗證后，還將具備執(zhí)行載人飛船發(fā)射的能力。通過簡單的適應性改造，它在短期內(nèi)就可實現(xiàn)發(fā)射高、中、低軌各種應用衛(wèi)星的能力，以滿足當前國內(nèi)外主流衛(wèi)星發(fā)射市場的迫切需求，打造成中國航天面向市場化、國際化的主力火箭和金牌火箭。

Perfect First Flight of Launch Vehicle CZ-7