新一代火箭悉數(shù)報到，上一代火箭將繼續(xù)活躍在中國航天的舞臺上

12月22日，長征8號火箭成功在海南文昌發(fā)射基地首飛。作為中國航天的年末戲，長征八號發(fā)射的順利進(jìn)行也標(biāo)志著新一代長征火箭家族的全數(shù)亮相。在未來數(shù)年內(nèi)，上一代長征火箭也將繼續(xù)活躍在中國航天的舞臺上，與新一代長征火箭工作托舉中國航天的發(fā)展。

應(yīng)用廣泛的太陽同步軌道衛(wèi)星從有關(guān)報道看，長征八號是為發(fā)射太陽同步軌道衛(wèi)星而量身定做的一型火箭。雖然名字里有“太陽”二字，但太陽同步軌道仍然是圍繞地球的一種軌道。太陽同步軌道的高度一般在600-800公里，比載人航天器使用的300-400公里高度的軌道要稍高一些。太陽同步軌道的傾角一般比較高，衛(wèi)星在工作過程中要經(jīng)過南北兩極上空。由于衛(wèi)星軌道周期比地球自轉(zhuǎn)的周期小很多，衛(wèi)星每轉(zhuǎn)一圈都能覆蓋地球表面的不同區(qū)域。衛(wèi)星數(shù)據(jù)積累一段時間后，就可以獲得整個地球表面的情況，這是軌道傾角較低的衛(wèi)星所無法完成的任務(wù)。

同時，為了使軌道平面相對太陽始終保持固定的取向，軌道平面每天向地球公轉(zhuǎn)方向移動約1度，與地球繞太陽每天公轉(zhuǎn)過的角度相等。這樣，衛(wèi)星經(jīng)過地球上某個特定地點的光照條件總是相同的。例如，假如我國的某顆海洋衛(wèi)星第一次經(jīng)過南海某島嶼上空時，太陽高掛于正南方，那么這顆衛(wèi)星下次光臨該島嶼時，太陽也應(yīng)該處于大致相同的位置。這位相關(guān)數(shù)據(jù)或情報的分析帶來了方便。如果某國希望監(jiān)視另一國軍事基地的動態(tài)，顯然應(yīng)該太陽同步該軌道上部署衛(wèi)星，并在需要監(jiān)控的區(qū)域光照條件較好時飛臨該地上空，獲得相關(guān)的高分辨率數(shù)據(jù)。

（工作在太陽同步軌道上的吉林一號光學(xué)A星拍攝的美國費城海軍造船廠。由于太陽同步軌道的特點，這顆衛(wèi)星每次飛臨費城上空都能獲得較好的光照條件。） 我國的風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星有運行在靜止軌道（風(fēng)云二號、四號系列）和太陽同步軌道（風(fēng)云一號、三號系列）的兩種衛(wèi)星配合工作。靜止軌道衛(wèi)星高懸于赤道上空、我國經(jīng)度范圍附近，對我國的天氣形勢進(jìn)行監(jiān)測。而太陽同步軌道衛(wèi)星則在較低的軌道上獲取分辨率更好的全球數(shù)據(jù)。除了氣象衛(wèi)星外，太陽同步軌道也是海洋、資源、高分等一系列對地遙感衛(wèi)星的工作軌道，獲取海洋、大氣、水土、林木、礦場等自然系統(tǒng)和資源的全球分布與變化情況。當(dāng)然，當(dāng)把衛(wèi)星上的有效載荷改裝為軍事用于的偵查儀器后，太陽同步軌道也是非常適用于軍事偵查衛(wèi)星工作的軌道。

（風(fēng)云系列衛(wèi)星軌道示意圖，風(fēng)云3系列衛(wèi)星工作在太陽同步軌道上。注意本圖僅能標(biāo)示軌道面的位置，軌道高度比例與實際不相同。） 除了測地，太陽同步軌道也是用于“觀天”的衛(wèi)星理想的工作軌道。工作在晨昏交界線附近的太陽同步軌道的衛(wèi)星，能夠始終處于晨昏交界線附近，能夠持續(xù)的獲得觀察太陽的視角。日本的“日出”、”日落“和美國的TRACE等太陽觀測衛(wèi)星，都部署在這個軌道上。

模塊化研發(fā)的新一代火箭研發(fā)新一代火箭長征的最迫切的需求，來自于未來的大型、深空等“國之重器”級的航天器對火箭運載能力的需求。如果沒有長征五號、長征七號火箭對我國火箭最大運載能力的提升，月球采樣返回、航天站建設(shè)等標(biāo)桿性航天任務(wù)都無法開展。在此需求的驅(qū)動下，新一代火箭攻破了諸多技術(shù)難關(guān)，實現(xiàn)了火箭燃料由更適于導(dǎo)彈部署的有毒常溫材料，向更適用于航天發(fā)射的低溫?zé)o毒燃料的升級換代。新一代大推力液氧-煤油發(fā)動機(jī)和液氧-液氫發(fā)動機(jī)，也讓我國的火箭擁有了推力更加強大的“心臟”。

不過，并非所有的航天器的重量都能達(dá)到“國之重器”級別，一型火箭的運載能力如果和衛(wèi)星等航天器的實際需求脫節(jié)，就會陷入沒有衛(wèi)星客戶使用的尷尬境地。美國SPACEX公司研發(fā)的獵鷹重型火箭是目前現(xiàn)役火箭中運載能力最高的火箭。但是由于其運載能力機(jī)不能滿足載人登月這一標(biāo)桿航天任務(wù)的需求，又超出了目前大部分衛(wèi)星的需要，因此首飛成功后的兩年多年內(nèi)僅進(jìn)行過1次商業(yè)發(fā)射。而同一時期生意不斷的，還是運載能力相對較小的獵鷹9型火箭。

（新一代火箭模塊化組合示意圖，摘自《中國運載火箭技術(shù)的成就與展望》一文） 因此，當(dāng)解決了運載能力上限的有無問題后，還要解決上限以下、對于不同重量的航天器的運載能力覆蓋問題。新一代運載火箭在設(shè)計時，采用了模塊化、通用化的設(shè)計思路，通過不同模塊的組合，可以形成適應(yīng)不同任務(wù)的運載能力。執(zhí)行嫦娥五號、天問一號等高軌深空航天器發(fā)射任務(wù)的長征五號，在去掉第二級、換裝大型整流罩后，就變成了更適于低軌載人航天任務(wù)的長征五號B。而長征五號的助推器和長征七號的第一級基本相似，是新一代火箭中的3.35米模塊，安裝有兩臺YF100發(fā)動機(jī)。

長征七號的助推器變成一顆獨立的火箭后，就成為了發(fā)射方式機(jī)動靈活、靶場準(zhǔn)備時間極短、適合發(fā)射微小衛(wèi)星的長征六號。 在2013年的一篇論文中，中國火箭技術(shù)研究院范瑞祥等科技人員對長征七號經(jīng)過模塊化組合的運載進(jìn)行展望時，提出了以長征七號3.35米模塊作為第一級的16種火箭構(gòu)型方案。不同構(gòu)型的助推器種類數(shù)量、芯二級發(fā)動機(jī)選型有所不同，有些構(gòu)型還添加了第三級。今年首發(fā)不幸失利的長征七號改在這篇論文中被列為CZ-734構(gòu)型，而現(xiàn)在實際使用的長征八號被是這篇論文中提出的CZ-722（HO）構(gòu)型。按照這篇文章的估算，長征七號各種構(gòu)型可以覆蓋近地LEO軌道2.0-13.5噸、太陽同步軌道1.0-8.5噸、GTO同步轉(zhuǎn)移軌道1.2-7.0噸的運載能力，具有較高的靈活性。

對哪個構(gòu)型的運載能力需求最迫切，就可以利用已經(jīng)由標(biāo)桿任務(wù)驗證過的模塊，快速組合研發(fā)出那種火箭構(gòu)型。比起新一代火箭中的其他型號，長征八號這種“編外”型號的研制時間很短，從立項到首飛僅花了三四年的時間，足見模塊化技術(shù)對火箭研制帶來的改變。而之所以這種構(gòu)型的火箭能率先轉(zhuǎn)正，則是因為于太陽同步軌道的3-4.5噸航天器的發(fā)射需求十分旺盛，但3噸已經(jīng)是上一代主要用于太陽同步軌道衛(wèi)星發(fā)射的長征4號系列火箭運載能力的天花板。長征8號火箭的成功首飛，成功的填補了長征火箭在這一領(lǐng)域的運載能力空白。另一種由CZ-734構(gòu)型“轉(zhuǎn)正”的長征七號改，也是為了填補處于長征三號乙和長征五號運載能力之間的5.5-7噸GTO軌道發(fā)射的空白。這個重量范圍內(nèi)的大型通信衛(wèi)星近年來所占比例逐漸加大，發(fā)射需求越來越高。

上一代長征火箭還會繼續(xù)工作當(dāng)新一代火箭悉數(shù)亮相后，上一代長征火箭是否會很快消失在我們的視野中？筆者認(rèn)為，答案是否定的。首先，新一代火箭已有的構(gòu)型還無法覆蓋上一代火箭的運載能力范圍，如果現(xiàn)在全部“下架”上一代火箭，將使一些中型載荷失去發(fā)射工具。 長征二號、三號、四號家族的諸多火箭型號，根底上都可以溯源到東風(fēng)5型洲際彈道導(dǎo)彈，有著諸如使用有毒燃料等諸多固有的局限。

但通過長期的技術(shù)改進(jìn)和任務(wù)驗證，它們在所覆蓋的發(fā)射能力范圍內(nèi)已經(jīng)形成了較高的可靠性。其中，長征2號乙和長征3號甲火箭還因其出色的表現(xiàn)，獲得了“金牌火箭”的稱號。而長征2F火箭，則是唯一一種能夠滿足載人任務(wù)可靠性要求的火箭。此外，新一代火箭采用了全新的總裝轉(zhuǎn)運模式和燃料，除了文昌發(fā)射場外，其他幾個發(fā)射場的設(shè)備尚不具備保障長征五號、長征七號的新一代大型火箭的能力。長征七號具備運輸?shù)饺珖邪l(fā)射場的可能，但要發(fā)射這種火箭，酒泉、太原和西昌發(fā)射場的設(shè)備需要進(jìn)行規(guī)模較大的升級改造。

（上一代火箭一般采用在發(fā)射工位總裝的準(zhǔn)備方式，而新一代火箭則是在總裝廠房中總裝完成后再轉(zhuǎn)運到發(fā)射工位。） 在長征八號首飛太陽同步軌道幾天后，12月27日，長征4號丙火箭將遙感十三號衛(wèi)星送入了太陽同步軌道?？深A(yù)見的是，未來幾年內(nèi)，這種新老火箭并肩完成航天任務(wù)的場景將成為常態(tài)。同時，新一代火箭的各種構(gòu)型也會按需求逐步“上線”，完成替代上一代火箭的工作。

原文標(biāo)題：新一代火箭悉數(shù)報到，上一代火箭還將堅守崗位

文章出處：【微信公眾號：科工力量】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責(zé)任編輯：haq