龐之浩 賀勛（北京空間科技信息研究所 北京空間飛行器總體設(shè)計部）

截至2019年6月25日，我國“長征”系列運載火箭已發(fā)射了307次，為中國航天事業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻。除了“長征”系列火箭外，我國還成功發(fā)射過“風(fēng)暴”、“快舟”、“捷龍”等運載火箭，以及民營公司研制的雙曲線一號運載火箭，但無論在運載能力、發(fā)射數(shù)量，還是在型號種類等方面都比“長征”少得多，因此“長征”系列火箭是我國運載火箭的絕對主力。

1 鑄就輝煌

幾十年來，通過我國幾代火箭人的不懈努力，“長征”系列火箭走過了從常溫推進到低溫推進、從串聯(lián)式到并聯(lián)式、從低軌到高軌、從“一箭一星”到“一箭多星”、從發(fā)射人造地球衛(wèi)星到發(fā)射載人航天器、空間探測器的技術(shù)歷程，現(xiàn)已具備了發(fā)射低、中、高不同軌道和不同類型載荷的能力，運載能力、發(fā)射頻度、成功率、入軌精度和適應(yīng)能力均已達到世界一流水平，成為我國第一、世界知名、在國際高科技產(chǎn)業(yè)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的品牌。

從1970年首飛至今，“長征”系列火箭先后有17型基礎(chǔ)級火箭和5型上面級投入使用，成功將500多個航天器送入了預(yù)定軌道。

早期的“長征”火箭是從彈道導(dǎo)彈改進而來的，大約研制和發(fā)射了13種型號的“長征”系列火箭。后來，面對不斷增長的空間資源開發(fā)需求以及日益激烈的商業(yè)發(fā)射市場，我國又在不斷改進原有火箭的同時，開發(fā)出了4種型號的新一代大型、中型和小型運載火箭。

新一代運載火箭以可靠性、安全性和經(jīng)濟性等為主要設(shè)計原則，采用無毒環(huán)保、價格便宜、比沖較高的液氫/液氧或液氧/煤油發(fā)動機以及大直徑、少級數(shù)等方案，通過模塊化、組合化和系列化方式，成倍地提高了運載能力，降低了成本。

“長征”系列火箭實現(xiàn)首個100次發(fā)射用時37年；第二個100次發(fā)射用時7年多；第三個100次發(fā)射僅用了4年多時間。另外，“長征”火箭300次發(fā)射的成功率約為96%。其中在第三個100次發(fā)射中，發(fā)射成功率高達97%，居世界領(lǐng)先地位。尤其是在2018年，“長征”火箭以全年37次發(fā)射的全勝戰(zhàn)績，首次位居世界航天發(fā)射次數(shù)年度第一。

2 老當(dāng)益壯

目前，我國主要使用長征二號子系列、長征三號子系列、長征四號子系列火箭，它們是較早研制的，分別用于發(fā)射低軌、中高軌和極軌航天器。

在低軌系列火箭方面，1970年4月24日，我國第一枚運載火箭長征一號成功發(fā)射了我國第一顆人造地球衛(wèi)星。長征一號是三級火箭，其第一、二級采用當(dāng)時我國發(fā)射遠程戰(zhàn)略導(dǎo)彈所用的液體火箭，第三級是新研制的固體火箭。該火箭低軌運載能力為300kg，為我國多級火箭技術(shù)的發(fā)展奠定了全面技術(shù)基礎(chǔ)，掌握了多級火箭穩(wěn)定和姿態(tài)控制技術(shù)等。由于運載能力較小，長征一號現(xiàn)已停用了。

準(zhǔn)備發(fā)射東方紅一號衛(wèi)星的長征一號火箭

長征二號子系列火箭主要用于在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射各種低軌道航天器。我國先后投入使用長征二號、長征二號C、長征二號D、長征二號E、長征二號F等。其中，長征二號火箭是一種以遠程彈道導(dǎo)彈為原型進行研制的兩級火箭，近地軌道運載能力為2.1t。1975年11月26日，它完成了中國第一顆返回式衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)，現(xiàn)已退役。

長征二號D發(fā)射吉林一號組星

頂部裝有逃逸塔的長征二號F發(fā)射“神舟”載人飛船

現(xiàn)役的長征二號C是長征二號的改進型，采用了大推力液體火箭發(fā)動機，箭長增加，低軌運載能力增加到4.1t，可靠性也大大提高，是此后不少“長征”子系列火箭發(fā)展的基礎(chǔ)，主要用于發(fā)射近地軌道衛(wèi)星，成功率很高，被授予“全國質(zhì)量金質(zhì)獎”。

現(xiàn)役的長征二號D是在長征二號的基礎(chǔ)上采取增加推進劑加注量的方法增大起飛推力，低軌運載能力為3.7t。

長征二號E是我國第一種串并聯(lián)式火箭。其芯級是長征二號C的又一改進型，并在第一級捆綁了4個助推器，使低軌運載能力達到9.2t。長征二號E/ETS火箭是在長征二號E的第二級上安裝一個固體上面級——ETS，用于發(fā)射高軌衛(wèi)星，現(xiàn)已退役。

長征二號F是我國第一種且是目前唯一一種載人運載火箭，發(fā)射載人飛船狀態(tài)時的低軌運載能力為8.1t，發(fā)射空間實驗室狀態(tài)時的低軌運載能力為8.6t。1999年11月20日首射成功。它是在長征二號E基礎(chǔ)上廣泛采用了冗余設(shè)計，以保證航天員的安全。其外形上有一個與眾不同之處，就是頂部裝有一個類似避雷針的逃逸塔，它可使航天員的安全性達到99.7%。

為保證航天員的安全，長征二號F取消了自毀功能。為保證火箭飛行穩(wěn)定性、贏得逃逸時間和提高逃逸成功率，火箭增加了尾翼。它還采用了垂直總裝、垂直測試、垂直運輸方式，大大節(jié)省了發(fā)射準(zhǔn)備時間。

在中高軌系列火箭方面，我國先后研制了長征三號、長征三號A、長征三號B、長征三號C，主要用于在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射各種中高軌道航天器。它們都是三級液體火箭，第三級都采用了液氧/液氫低溫推進劑，且可以多次啟動，能直接將有效載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道，但運載能力各不相同。

長征三號是在長征二號C的基礎(chǔ)上，加裝了以液氧/液氫為推進劑的低溫上面級，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力1.6t，使我國成為世界上第三個掌握低溫高能推進技術(shù)和第二個掌握低溫發(fā)動機高空二次點火技術(shù)的國家。該火箭于1984年4月8日首次發(fā)射成功；1990年4月7日又成功發(fā)射了亞洲一號衛(wèi)星，實現(xiàn)了我國火箭國際商業(yè)發(fā)射服務(wù)零的突破。

1994年2月8日，長征三號A火箭首射成功。它是在長征三號的基礎(chǔ)上采用了改進過的第三級低溫發(fā)動機。它曾多次發(fā)射采用東方紅三號衛(wèi)星平臺的人造地球衛(wèi)星，包括嫦娥一號月球探測器等。

長征三號B是在長征三號A的第一級捆綁了4個助推器，而且第二級加長，增加了20t推進劑，使地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力提高到5.5t，1997年首射成功，是目前我國發(fā)射高軌道航天器的主力火箭。

長征三號C是在長征三號A的第一級捆綁了2個助推器，從而成為我國第一種非全對稱火箭。其地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力為3.8t，介于長征三號A（2.6t）和長征三號B（5.5t）之間，于2008年開始使用。

在極軌系列火箭方面，我國研制、發(fā)射了長征四號子系列火箭。它們都是三級常溫運載火箭，主要用于在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射各種極軌道衛(wèi)星。其中的長征四號A的極軌衛(wèi)星運載能力為1.5t；在其基礎(chǔ)上發(fā)展的長征四號B的極軌衛(wèi)星運載能力為1.9t；長征四號C是從長征四號B改進而來的，極軌衛(wèi)星運載能力為2.8t，且第三級火箭發(fā)動機具有二次啟動能力。長征四號子系列已發(fā)射多顆陸地衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和海洋衛(wèi)星等極軌道遙感衛(wèi)星。

準(zhǔn)備發(fā)射嫦娥一號月球探測器的長征三號A火箭

發(fā)射北斗三號的長征三號C/遠征一號火箭

長征四號B升空

3 新箭風(fēng)采

為了適應(yīng)運載火箭的發(fā)展方向，近年來我國按照“無毒、無污染、低成本、高可靠、大推力、適應(yīng)性強、安全性好”的目標(biāo)，從2015年開始陸續(xù)研制、發(fā)射了長征五號、長征七號、長征六號、長征十一號、捷龍一號等新一代大型、中型、小型和微小型運載火箭。

2015年9月20日，首次發(fā)射的長征六號新一代小型液體運載火箭把20顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。它是全新的三級液體火箭，全箭總長約29m，起飛推力1188kN，起飛質(zhì)量約103t，可將1t的有效載荷發(fā)射到太陽同步軌道。該火箭用于執(zhí)行太陽同步軌道和近地軌道等多種軌道發(fā)射任務(wù)。采用“三平”測發(fā)模式，即水平整體測試、水平整體星箭對接、水平整體運輸起豎發(fā)射。發(fā)射準(zhǔn)備周期僅需7天，能很好地適應(yīng)衛(wèi)星發(fā)射低成本、短周期的需求，現(xiàn)已投入商業(yè)發(fā)射。

長征六號新一代小型液體火箭發(fā)射時使用機動發(fā)射架

2015年9月25日，長征十一號火箭首次發(fā)射，將4顆小衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。它是全新的四級小型固體運載火箭，總長約21m，總質(zhì)量約58t，箭體最大直徑2m，可把500kg的有效載荷發(fā)射到500km高的太陽同步軌道，200km低軌運載能力可達700kg。作為“長征”家族中第一型和唯一型固體火箭，長征十一號具有快速、可靠、便捷、低廉的優(yōu)勢，實現(xiàn)了我國運載火箭24h快速發(fā)射的跨越，主要用于1000km以下太陽同步軌道和近地軌道中小型航天器的單星和多星組合發(fā)射，滿足自然災(zāi)害、突發(fā)事件等應(yīng)急情況下微小衛(wèi)星發(fā)射需求，現(xiàn)已投入商業(yè)發(fā)射。

2019年6月5日，我國在海上平臺用長征十一號火箭，將技術(shù)試驗衛(wèi)星捕風(fēng)一號A、B星及5顆商業(yè)衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道，這是我國首次在海上實施運載火箭發(fā)射技術(shù)試驗。在海上發(fā)射運載火箭，既能降低發(fā)射成本、提高運載能力，還可有效解決火箭航區(qū)和殘骸落區(qū)安全性問題，避免大規(guī)模人員疏散。

在海上發(fā)射長征十一號火箭

2016年6月25日，長征七號新一代中型運載火箭首次發(fā)射成功。它采用二級半構(gòu)型，主要用于發(fā)射近地軌道或太陽同步軌道有效載荷，可以把13.5t的有效載荷送入近地點200km、遠地點400km、傾角42°的近地軌道，或?qū)?.5t的有效載荷送入700km的太陽同步軌道。它是利用長征二號F火箭成熟技術(shù)，在大體不變情況下?lián)Q成新研制的液氧/煤油發(fā)動機。

長征七號火箭升空

長征七號是我國首枚采用全數(shù)字化手段研制的火箭，在全研制流程沒有一張紙質(zhì)圖紙，大大降低了成本，減小了產(chǎn)品報廢率，縮短了研制流程。它還有防水、防風(fēng)、防鹽霧等功能，可以在8級大風(fēng)的情況下進行垂直轉(zhuǎn)運，抗風(fēng)能力為目前“長征”家族之最；中雨時也能發(fā)射。由于長征七號直徑為3.35m，所以在我國4個發(fā)射場均能發(fā)射。目前，它主要用于發(fā)射“天舟”貨運飛船，預(yù)計到2021年火箭各項技術(shù)趨于成熟穩(wěn)定時，它將逐步替代現(xiàn)有的長征二號、三號、四號子系列，承擔(dān)我國80%左右的發(fā)射任務(wù)，包括發(fā)射載人飛船等。

2016年11月3日，長征五號新一代大型運載火箭首次發(fā)射成功。它采用二級半構(gòu)型，全長56.97m，芯一級、第二級直徑5.0m，單個助推器直徑3.35m，起飛質(zhì)量869t，起飛推力1078t。其芯一級裝有2臺可雙向搖擺、推力均為50t的液氫/液氧發(fā)動機；還并聯(lián)了4個各裝有2臺推力均為120t的液氧/煤油發(fā)動機的助推器，其中l(wèi) 臺為擺動發(fā)動機。其芯二級直徑為5m，裝有2臺推力均為9t的液氫/液氧發(fā)動機，它們是由長征三號A第三級氫氧發(fā)動機改進而來，發(fā)動機可雙向擺動，具備二次啟動能力。其整流罩長12m，直徑5.2m。該火箭主要用于發(fā)射地球同步轉(zhuǎn)移軌道衛(wèi)星，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力為14t，可用于發(fā)射大型空間探測器、大型人造地球衛(wèi)星等，綜合性能指標(biāo)達到國際主流運載火箭水平。

整裝待發(fā)的長征五號火箭

2019年7月25日，北京星際榮耀空間科技有限公司的雙曲線一號遙一運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，將多顆衛(wèi)星及有效載荷精確送入預(yù)定軌道，實現(xiàn)了中國民營運載火箭零的突破。

2019年8月17日，捷龍一號遙一火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。這是捷龍一號運載火箭首次執(zhí)行飛行任務(wù)，開啟了我國商業(yè)航天新的篇章。捷龍一號火箭是面向商業(yè)航天市場打造的一款微小型固體運載火箭，也是是我國固體火箭中體積最小、重量最輕的火箭?；鸺秊樗募壒腆w發(fā)動機串聯(lián)的總體構(gòu)型，全箭總長約19.5m，箭體直徑1.2m，起飛質(zhì)量約23.1t，500km太陽同步軌道運載能力可達200kg，是我國運載效率最高的固體商業(yè)火箭。純商業(yè)模式是指捷龍一號火箭是利用社會資本開展研制生產(chǎn)、促進模式創(chuàng)新的。主要體現(xiàn)在兩方面：一是研制經(jīng)費不是來源于國家經(jīng)費，而是面向社會資本融資；二是以往火箭研制過程中基本都是與體制內(nèi)的成熟配套單位合作，該型火箭打破了原有的配套關(guān)系，通過競爭，選擇性價比最優(yōu)的配套單位，提高性能、降低成本。目前，捷龍一號火箭的目標(biāo)成本基本可以達到3萬美元/千克，是世界上單位載荷入軌成本最低的火箭。

捷龍一號火箭升空

4 上面級

上面級是一種能夠進一步將航天器從準(zhǔn)地球軌道或地球軌道送入預(yù)定工作軌道或預(yù)定空間位置的小火箭。它可多次啟動，工作時間長，能先后把不同“乘客”送到不同目的地，大大增強了我國運載火箭的任務(wù)適應(yīng)性。

2015年3月30日，我國首個自主研發(fā)的四級火箭—長征三號C/遠征一號首飛，發(fā)射了“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星。它是在原三級半的長征三號C火箭上面增加了一級，從而變成四級火箭。以往的三級火箭只能將衛(wèi)星送至轉(zhuǎn)移軌道，而改進后的四級火箭則可以直接將衛(wèi)星發(fā)送至距離更為遙遠的目標(biāo)軌道，衛(wèi)星不需要再變軌了，從而能大大節(jié)省燃料甚至取消遠地點發(fā)動機。一般的三級火箭只能飛行0.5h左右，而裝有上面級的四級火箭可飛行5～6h，能飛到幾萬千米的外太空。

2015年6月25日，我國長征七號首飛，搭載了遠征一號A上面級。其在軌飛行時間從遠征一號的6.5h延長至48h，主發(fā)動機由2次啟動增加至20次啟動，分離次數(shù)由1次增加至7次。所以，它可把更多的“乘客”送到不同的地點，變軌能力大大增強，拓展了擺渡車的服務(wù)功能，通過多次點火工作，適應(yīng)更多復(fù)雜的路線。

2015年7月25日，長征三號B/遠征一號火箭實現(xiàn)“一箭雙星”，把2顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星直接送入軌道。

2018年10月9日，長征二號丙火箭與遠征一號S上面級攜手，成功將遙感三十二號01組2顆衛(wèi)星精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道。該上面級是專門為滿足中低軌、短時間的發(fā)射需求研制的一型新產(chǎn)品，主要與直徑為3.35m的火箭組合完成短時間飛行的發(fā)射任務(wù)。它執(zhí)行任務(wù)時間短，與基礎(chǔ)級分離完成后馬上點火加速，整個飛行任務(wù)基本上在1h以內(nèi)。

此前，“遠征”上面級家族已有3名成員。遠征一號上面級是基本型，主要針對中高軌的直接入軌任務(wù)，只有二次啟動能力，被稱為“太空擺渡車”。遠征一號甲上面級實現(xiàn)了多次啟動、長時間在軌，目前啟動次數(shù)能達到20次，完成不同軌道的多星部署，被稱為“升級版太空擺渡車”。遠征二號上面級是遠征一號系列化的產(chǎn)品，有2臺發(fā)動機，運載能力更大，執(zhí)行高軌多星的直接入軌任務(wù)，被稱為“增強型太空擺渡車”。

上述4種型號的“遠征”上面級基本能滿足不同發(fā)射任務(wù)的需求。我國還研制了更先進的遠征三號上面級，未來型號隊伍將進一步提高上面級任務(wù)的適應(yīng)性。

遠征一號上面級模型

5 前景廣闊

為了滿足未來航天的更多需求，我國還在研制長征五號B、長征六號A、長征七號A、長征八號、長征九號、新一代載人運載火箭等更多的新型火箭。2025年前后，我國可重復(fù)使用的亞軌道運載器將研制成功，將使亞軌道太空旅游成為現(xiàn)實。同時，空射運載火箭將快速發(fā)射能力提升到小時級。2028年，以火箭發(fā)動機為動力的兩級完全重復(fù)使用運載器將研制成功。2035年左右，運載火箭將實現(xiàn)完全重復(fù)使用，以智能化和先進動力為特點的未來一代運載火箭將實現(xiàn)首飛。2040年前后，未來一代運載火箭將投入應(yīng)用，組合動力兩級重復(fù)使用運載器將研制成功，核動力空間穿梭機將出現(xiàn)重大突破。