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欲上九天揽明月:中国长征系列运载火箭的发展

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新中国刚刚建国不久,毛泽东主席就高瞻远瞩地意识到:中国作为一个独立自主的大国,必须发展自己的导弹和航天事业。1958年,中国第一个运载火箭发射场开始兴建,1960年11月5日,我国仿制的地地近程导弹东风一号第一次飞行试验成功。1965年后,鉴于中程导弹、各种探空火箭、固体火箭的研制和发射试验都取得了较大的进展,获得了必要的技术储备,中国一方面研制远程导弹,另一方面开始着手为发射人造卫星研制运载火箭。从此,中国航天史正式掀开了序幕,中国独立研制的长征系列运载火箭有长征一号、长征二号、长征三号和长征四号四大系列,共12个型号。现在,中国运载火箭近地轨道、地球同步转移轨道的运载能力分别达到12吨和5.2吨,可用于发射多种轨道的不同卫星,入轨精度均达到国际先进水平。

邓小平同志曾说过:“如果六十年代以来中国没有原子弹、氢弹,没有发射卫星,中国就不能叫有重要影响的大国,就没有现在这样的国际地位。这些东西反映一个民族的能力,也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。

长征一号:中国正式跨入航天时代

1970年4月24日,长征一号运载火箭首次发射成功,将中国的第一颗人造卫星东方红1号送入地球轨道。长征一号运载火箭的研制成功和东方红1号卫星的发射成功,具有极其重要的意义,它标志着中国自此正式跨入了航天时代,同时也是中国拥有洲际核打击能力的公开宣言。长征一号运载火箭是一种三级火箭,主要用于发射近地轨道小型有效载荷。全长29.86米,最大直径2.25米,起飞重量81.6吨,起飞推力112吨,能把0.3吨重的卫星送入440公里高的近地轨道。长征一号D运载火箭是长征一号火箭的改进型,可以发射各种低轨道卫星。


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长征一号的发射成功,由此开创了中国航天史的新纪元,使中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。东方红1号卫星重173千克,由长征一号运载火箭送入近地点441千米、远地点2368千米、倾角68.44度的椭圆轨道。它测量了卫星工程参数和空间环境,并进行了轨道测控和《东方红》乐曲的播送。长征一号运载火箭和东方红一号卫星上天,在许多国家引起了强烈反响,国外纷纷发表评论指出,这颗卫星发射成功,“体现了中国一直在依靠自己的力量为人类的幸福和进步进行宇宙开发”,“表明中国的科学技术和工业进步达到新高度”,“是中国科学技术和工艺方面取得的突出成就”,“中国掌握了先进火箭技术和制造出大型火箭的技能”。

长征二号:中国运载火箭技术新高峰

长征二号是以远程导弹东风5号为基础发展起来的,1975年,它成功地将中国第一颗返回式遥感卫星送入轨道。根据发射卫星的需要,70年代末又对长征二号进行改进,研制成功了著名的长征二号丙火箭,它的运载能力提高到2.5吨。长二号丙火箭可靠性很高,80年代进行了近10次发射均取得了成功。长征二号火箭的新型号长征二号丁,运载能力达到3.3吨,是中国二级火箭中运载能力最大的一种。长征二号系列运载火箭家族鼎盛,成员最多,包括长征二号、长征二号丙、长征二号丙改进型、长征二号丁、长征二号E(捆)和长征二号F火箭。

长征二号运载火箭是一种两级火箭,全长31.17米,最大直径3.35米,起飞重量190吨,能把1.8吨的卫星送入距地面数百公里的椭圆形轨道,是中国航天运载器的基础型号。1975年11月26日,长征二号火箭完成了中国第一颗返回式卫星发射任务。该运载火箭共有改进型长征二号丙火箭,采用了大推力液体火箭发动机,箭长增加到35.15米,近地轨道的运载能力增加到2.4吨,火箭的可靠性也大大提高。长征二号丁是一种两级液体火箭,主要是在长征二号火箭的基础上采取增加推进剂加注量和增大起飞推力的方法。该型火箭全长38.3米,起飞重量232吨。

当年长征二号设计制造完毕准备运往发射场时,很多人对这次发射有些担心,周恩来总理听完汇报介绍后,问当时的总设计师屠守锷:“屠总,你认为这枚火箭可以发射吗?”

屠守锷毫不迟疑地回答:“该做的工作我们都做了,目前它(火箭)的性能状态是良好的。我们认为,这枚作为首发试验的火箭,应该得到最好的考验,以便通过飞行试验,进一步检验我们的方案,从中找出不足。”从这里,人们看到了他作为总设计师的负责精神和自信。

1986年初美国的挑战者号航天飞机爆炸后,航天飞机被停飞,美国用了很长时间分析和处理故障,其后美国停止用航天飞机发射一般商业卫星。趁此时机,我国仅用了18个月就研制成功长征二号E(又称长二捆,LM-E)运载火箭,可以发射原来准备用美国航天飞机发射的商用卫星。长征二号E火箭是以长征二号为芯级,周围捆绑了4个液体助推器,它的近地轨道运载能力高达9.2t。长征二号E于1990年试射成功,从1992年到1995年曾发射多颗外国卫星,这标志着中国运载火箭技术攀登上一个新的高峰。

为满足发射神舟号飞船的要求,保证宇航员的安全,我国又在长征二号E的基础上改进了可靠性并增设了故障检测系统和逃逸救生系统,从而发展出了长征二号F(LM-F)运载火箭,专门用来发射神舟号载人飞船。长征二号F型火箭可靠性指标达到0.97,航天员安全性指标达到0.997,是中国航天史上技术最复杂、可靠性和安全性指标最高的运载火箭。火箭能够安全可靠地将飞船送入预定轨道,同时,在飞出大气层之前,若出现重大故障,能按救生要求使航天员安全脱离故障危险区。到目前为止,长征二号F型火箭已经成功地将4艘神舟号无人飞船和3艘载人飞船送入太空预定轨道,发射成功率达到100%。将神舟七号载人飞船送入太空的长征二号F型火箭,是中国目前唯一用于发射载人飞船的火箭。长征二号F运载火箭是我国独立研制的载人火箭,它的研制成功使我国成为世界上第三个掌握载人火箭技术的国家。

“飞船运行正常,我自我感觉良好,我为祖国感到骄傲。”当中国第一位航天员杨利伟走出神舟飞船,接受完身体检查、即将登上前往北京的飞机时,用三句话总结了自己的21小时“太空之旅”。这也充分证明,中国的长征二号F运载火箭和载人飞船是可靠的、安全的,能够圆满完成中国未来的载人飞行任务。

70年代后期,中国航天技术已取得了举世瞩目的成就,但比照美、苏还有很大的差距,特别在卫星应用方面。1977年,中国在制定航天规划时,把通信卫星工程列为航天三大工程之一。为此中国发展了长征3号和长征4号火箭用来发射人造卫星。长征3号运载火箭是在长征2号火箭基础上研制的,第三级采用了低温高能的液氢液氧发动机,1984年4月8日,它成功地将东方红2号通信卫星送入了地球同步轨道,中国从此成为世界上少数几个能够发射地球同步卫星的国家。

长征三号:拉开中国航天走向国际舞台的大幕

长征三号系列,包括长征三号、长征三号甲、长征三号乙、长征三号丙火箭。该型运载火箭全长44.86米,一、二级直径3.35米,三级直径2.25米,起飞重量204.88吨,同步转移轨道运载能力为1.6吨。长征三号甲火箭长52.52米,最大直径3.35米,起飞重量240吨,主要运载地球同步转移轨道的有效载荷,也可以运载低轨道、极轨道或逃逸轨道的有效载荷。1994年2月8日,中国目前高轨道能力最大的运载火箭长征三号甲火箭首飞成功,把实践4号科学探测卫星和夸父1号模拟星送上了地球同步转移轨道。

长征三号乙火箭是在长征三号甲和长征二号E的基础上研制的大型三级液体捆绑火箭。主要任务是发射地球同步转移轨道的重型卫星,也可进行轻型卫星的一箭多星发射或发射其他轨道的卫星。该火箭全长54.84米,最大直径3.35米,地球同步转移轨道的运载能力为5.0吨。

长征三号丙是在长征三号乙的基础上,减少了两个助推器并取消了助推器上的尾翼,其主要任务是发射地球同步转移轨道的有效载荷,可以进行一箭多星发射或发射其他轨道的卫星。该型火箭全长54.84米,最大直径3.35米,地球同步转移轨道的运载能力为3.7吨。1990年,“长征三号”完美实施了我国运载火箭的第一次对外商业发射服务,拉开了中国航天走向国际舞台的大幕。

长征四号:中国运载火箭技术逐步走向成熟

1988年9月7日,由于长征四号运载火箭首飞成功,太原卫星发射中心初露锋芒。长征四号系列运载火箭包括风暴一号、长征四号、长征四号甲、长征四号乙等火箭。风暴一号为两级液体火箭,主要用于发射低轨道卫星,并成功完成一箭三星的发射任务。该型运载火箭全长32.57米,最大直径3.35米,1982年停止使用。长征四号是在风暴一号基础上研制的三级常规运载火箭,作为发射地球同步转移轨道卫星运载火箭的另一方案,其后改型为长征四号甲,用于发射太阳同步轨道卫星。该型火箭全长41.9米,最大直径3.35米。长征四号乙主要用于发射太阳同步轨道的对地观察应用卫星,箭长45.58米,最大直径3.35米。

中国的运载火箭技术在1997年后逐步走向成熟,正如中国载人运载火箭长征二号F的总设计师刘竹生所说:“实际上,火箭的飞行全过程不过600秒左右,但我们却要求产品达到600小时的水平,以确保万无一失。为了用最好的火箭送‘神舟’上天,我们在质量的要求上,已经到了苛刻的程度。我除了抓各系统的技术工作外,还扮演着‘黑脸包公’的角色。”

随着我国航天事业的高速发展,我国多星际航行的要求越来越大,探测火星和登陆月球,都需要更大更先进的新一代大型运载火箭,为此,中国开始研制长征五号运载火箭。随着推力为120吨的YF-100液氧煤油发动机和推力为50吨的YF-77氢氧发动机先后完成长程试车,海南文昌航天发射基地审批立项,中国新一代、组合化的运载火箭系列长征五号的研制也进入关键阶段。

长征五号运载火箭系列以120吨和50吨两种发动机为基础,构成5米直径、3.35米直径和2.25米直径三种模块,形成“通用化、系列化、组合化”的新一代运载火箭系列。其中5米模块包含两个50吨级的YF-77发动机,3.35米模块则包含两个120吨级的YF-100发动机。模块化设计的好处是可以根据需要把不同模块组装成不同推力的火箭,以执行不同的任务。新一代大型运载火箭起飞质量约800吨,起飞推力约1060吨,整流罩直径5.2米,可以发射地球同步转移轨道、奔月轨道和其他深空探测转移轨道的航天器。它的第一级芯级采用5米直径模块,装配了两台50吨氢氧发动机;捆绑助推器采用4个3.35米直径模块,每个助推器采用两台120吨液氧/煤油发动机;第二级采用改进的长征3号甲的三级氢氧发动机作为主动力,可两次启动,另外采用无毒无污染辅助动力系统。

在长征-5号重型运载火箭和海南文昌航天发射基地问世后,中国航天将具备25吨的近地轨道运载能力和12吨的地球同步轨道运载能力,可发射20吨级长期有人照料的空间站、大型空间望远镜、返回式月球探测器、深空探测器、超重型应用卫星,推动中国空间应用产业、载人航天技术和天文科学的发展,也必将大大提高中国在国际航天发射市场上的竞争能力。预计,中国新一代运载火箭长征五号2014年实现首飞。

在接受记者就中国将开发大型运载火箭的采访时,中国航天科技集团公司总经理张庆伟以坚定的语气表示:“中国是火箭的故乡。在人类探索空间的征程上,中国绝不能落后!”” 长征运载火箭走过了从常温推进到低温推进、从串联到捆绑、从一箭单星到一箭多星、从发射小型卫星到发射载人飞船的技术历程,形成了12种型号的长征火箭家族,具备了发射低、中、高不同轨道、不同类型航天器的能力。目前,我国的长征系列运载火箭总体技术性能已接近或达到国际一流水平。我国现已成为世界上第二个掌握火箭发动机高空二次启动技术的国家,第三个掌握低温高能氢氧发动机技术的国家,第四个掌握一箭多星技术的国家。我国还在低温燃料火箭技术、捆绑火箭技术等重要技术领域跻身世界先进行列,在入轨精度、有效载荷系数、运载能力和适应能力等方面均属国际一流水平。

结语:

可以设想,在不久的将来,承载中华民族千年飞天梦想的由中国人自行研发制造的宇宙飞行器,将会遨游在广阔无垠的浩渺太空!不断发展进步的长征系列运载火箭,将会再次搭起炎黄儿女探索深空的天梯!(陈光文)

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