長征新一代運(yùn)載火箭，有啥特點(diǎn)？

長征新一代運(yùn)載火箭主要是我國因應(yīng)航天事業(yè)發(fā)展需求、順應(yīng)運(yùn)載技術(shù)發(fā)展趨勢、面向國際市場激烈競爭而發(fā)展的，是與上一代運(yùn)載火箭有著明顯技術(shù)路徑差異和功能性能提升的新型運(yùn)載火箭系列。

上一代長征火箭支撐起絕大多數(shù)衛(wèi)星發(fā)射

要想了解長征新一代運(yùn)載火箭，還需要首先把眼光放回到上一代長征運(yùn)載火箭身上。

我國的第一代運(yùn)載火箭是基于以四氧化二氮和偏二甲肼組合而成的有毒的推進(jìn)劑體系，以及單推力室推力為70噸級的主發(fā)動機(jī)模塊。它們最早都是由我國的長征二號運(yùn)載火箭牽引研制出來的，成為后續(xù)運(yùn)載火箭發(fā)展的基礎(chǔ)。

長征二號F運(yùn)載火箭（中國航天報(bào)記者 宿東 攝）

在“長征二號”的技術(shù)基礎(chǔ)上，通過捆綁助推器、加裝第三級等模式，發(fā)展出了多種系列的長征運(yùn)載火箭，包括“長征二號”系列、“長征三號”系列、“長征四號”系列等。

現(xiàn)役的第一代運(yùn)載火箭支撐了我國目前絕大部分衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，涵蓋近地軌道、太陽同步軌道、地球同步轉(zhuǎn)移軌道以及更遠(yuǎn)的月地轉(zhuǎn)移軌道。

總體思路與設(shè)計(jì)思想

隨著時(shí)代的發(fā)展，老一代長征火箭的技術(shù)潛力基本已經(jīng)被挖掘殆盡。在這樣的背景下，我國于2006年10月決策開展新一代運(yùn)載火箭研制。我國新一代運(yùn)載火箭遵循“一個系列、兩種發(fā)動機(jī)、三個模塊”的總體思路，并貫徹“通用化、組合化、系列化”的設(shè)計(jì)思想。即通過組合液氧/煤油、液氫/液氧兩種動力系統(tǒng)，5米、3.35米、2.25米三種直徑箭體模塊，通過模塊化的不同組合，形成不同運(yùn)載能力的新一代運(yùn)載火箭系列，支撐我國各種發(fā)射任務(wù)。

綠色、無毒、無污染

縱觀新一代運(yùn)載火箭，其最大的特點(diǎn)就是“綠色無毒”。

我國第一代運(yùn)載火箭繼承于液體導(dǎo)彈，主要使用的推進(jìn)劑組合是偏二甲肼和四氧化二氮，屬于有毒推進(jìn)劑。尤其是偏二甲肼，不僅無色無味，還能直接透過皮膚進(jìn)入人體。即使掉落到地上，也能和空氣反應(yīng)生成對肝臟有劇毒的二甲基亞硝胺，存留于土壤和地下水中。這些常規(guī)推進(jìn)劑在地面運(yùn)輸、貯存、加注等一系列過程中，都需要進(jìn)行嚴(yán)格的防護(hù)，否則就會對自然環(huán)境和人身健康造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。常規(guī)推進(jìn)劑的處理需要付出巨大的成本代價(jià)，不符合綠色環(huán)保的國際發(fā)展潮流。

當(dāng)前國外主流運(yùn)載火箭均采用液氧烴類綠色環(huán)保推進(jìn)劑，我國需要在太空探索活動中順應(yīng)發(fā)展潮流，實(shí)現(xiàn)環(huán)保與環(huán)境友好。有鑒于此，將這些有毒的推進(jìn)劑替換為無毒的綠色推進(jìn)劑，降低地面發(fā)射準(zhǔn)備的危險(xiǎn)性，就成為我國發(fā)展新一代運(yùn)載火箭的重要考慮因素之一。新一代運(yùn)載火箭采用無毒無污染的液氧、液氫、煤油作為主要推進(jìn)劑。

四款新型發(fā)動機(jī)

新一代運(yùn)載火箭的第二個突出特點(diǎn)就是“模塊通用”。

為了最大程度節(jié)約研制成本，我國新一代運(yùn)載火箭貫徹了模塊化研制的思路。對這一點(diǎn)體現(xiàn)最完美的就是新一代運(yùn)載火箭的發(fā)動機(jī)了。在新一代運(yùn)載火箭研制中，主要研制了四型新的火箭發(fā)動機(jī)，分別是120噸級的YF-100、50噸級的YF-77、9噸級的YF-75D、18噸級的YF-115。

YF-100火箭發(fā)動機(jī)是一種以液氧/煤油作為推進(jìn)劑的，分級燃燒循環(huán)火箭發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)地面推力約120噸，地面比沖約300秒，噴口直徑約1.4米，可以65%節(jié)流以調(diào)節(jié)推力。YF-100火箭發(fā)動機(jī)采用了先進(jìn)的富氧預(yù)燃分級燃燒循環(huán)，即少量的煤油燃料與全部液氧氧化劑在燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成溫度較低的高壓富氧燃?xì)?。以這樣的富氧燃?xì)怛?qū)動燃?xì)鉁u輪泵工作，對來自于貯箱的推進(jìn)劑進(jìn)行增壓，將推進(jìn)劑擠壓到發(fā)動機(jī)主推力室中進(jìn)行燃燒產(chǎn)生推力。YF-100火箭發(fā)動機(jī)按照多次使用設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了單臺發(fā)動機(jī)多次地面試車，具有重復(fù)使用的潛力。

YF-77火箭發(fā)動機(jī)是一種以液氧/液氫作為推進(jìn)劑的燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)火箭發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)地面推力約52噸，噴口直徑約1.45米。YF-77火箭發(fā)動機(jī)是我國自主研制的首臺大推力、地面點(diǎn)火啟動的氫氧火箭發(fā)動機(jī)。

YF-77氫氧發(fā)動機(jī)

YF-75D火箭發(fā)動機(jī)是一種以液氧/液氫作為推進(jìn)劑的，閉式膨脹循環(huán)火箭發(fā)動機(jī)。YF-75D發(fā)動機(jī)真空推力9噸，采用雙渦輪泵串聯(lián)、泵前搖擺方案，噴管面積比80:1，比沖約442秒，具備二次啟動工作能力。

YF-115火箭發(fā)動機(jī)是一種以液氧/煤油作為推進(jìn)劑的，富氧補(bǔ)燃循環(huán)火箭發(fā)動機(jī)。YF-115火箭發(fā)動機(jī)真空推力18噸，采用火藥啟動器起動與轉(zhuǎn)級，噴管面積比88:1，比沖約342秒。

通過對這些火箭發(fā)動機(jī)的不同數(shù)量組合運(yùn)用，支撐形成了新一代運(yùn)載火箭?！伴L征五號”使用了8臺YF-100、2臺YF-77、2臺YF-75D；“長征五號乙”使用了8臺YF-100、2臺YF-77；“長征七號”使用了6臺YF-100、2臺YF-115；“長征六號”使用了1臺YF-100、1臺YF-115。

性能大跨越

新一代運(yùn)載火箭的第三個突出特點(diǎn)就是“性能跨越”。

新一代運(yùn)載火箭大量采用了國際最新技術(shù)，其發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、增壓輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等都是全新的，能夠比肩國際一流。由于技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大跨越，運(yùn)載效率大幅提升，運(yùn)載能力實(shí)現(xiàn)成倍或數(shù)量級增長。

長征六號運(yùn)載火箭為三級串聯(lián)構(gòu)型，具備適應(yīng)簡易設(shè)施發(fā)射的能力，可實(shí)現(xiàn)7天快速發(fā)射，700千米太陽同步軌道的運(yùn)載能力為1噸。捆綁構(gòu)型的“長征七號”具備近地軌道13.5噸、700千米太陽同步軌道5.5噸的運(yùn)載能力。“長征五號”更是具備了近地軌道25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸的運(yùn)載能力。

長征五號運(yùn)載火箭（中國航天報(bào)記者 王磊攝）

盡管“長征五號”實(shí)現(xiàn)了運(yùn)載能力的全面擴(kuò)展，但是作為日常使用的火箭，它還是太過奢侈了。畢竟要使用滿那么大的運(yùn)載能力，還是一件不容易的事。因此，在長征七號運(yùn)載火箭的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，那就是面向太陽同步軌道的“長征八號”和面向地球同步轉(zhuǎn)移軌道的“長征七號甲”。

長征八號運(yùn)載火箭為兩級半構(gòu)型，芯一級繼承長征七號運(yùn)載火箭一子級狀態(tài)，芯二級繼承長征三號甲系列運(yùn)載火箭三子級狀態(tài)。填補(bǔ)了我國700千米太陽同步軌道3噸～4.5噸運(yùn)載能力的空白。

長征七號甲運(yùn)載火箭一級、二級及助推器基本上繼承長征七號運(yùn)載火箭，三子級基本繼承長征三號甲系列運(yùn)載火箭的液氫液氧末級，滿足地球同步轉(zhuǎn)移軌道5.5噸～7噸的運(yùn)載能力。