长征七号首飞的十二大看点 一项绝招在里面

作者 92JM

6月25日晚八时，长征七号运载火箭从海南文昌发射中心成功发射，这次发射意义重大，在中国航天发展史是一个里程碑。下面我们以时间顺序来梳理这次发射成功的十二大看点。

1、海南文昌航天发射基地从建设步入使用

此次发射是海南文昌发射中心的首射，标志着中国第四个航天发射基地从建设步入使用。这个发射中心位于海边，并专门建造了一艘用于运输火箭的‘远望-21’，中国运载火箭的直径从此摆脱了铁路隧道3.35米的限制，更大直径的长征五号、长征九号也将在文昌发射。

2、掌握“单轨差速转弯行走技术”

这次长征七号运载火箭采用改进后的垂直总装、垂直测试、垂直转场“新三垂”测发模式，缩短了火箭在发射区的射前准备时间，有效提高了发射可靠性。这项技术整体达到国际先进水平。火箭立在脐带塔上垂直转场时，由于“头”部包裹着卫星，行走起来“头重脚轻”，因此要“小步慢行”。脐带塔连同火箭是个长26 米、宽23米、重1800 吨的“大家伙”，从总装厂房到发射塔的轨道有四次60°转弯（下图）。我国是第2个掌握“单轨差速转弯行走技术”的国家，也是继美国、欧空局、日本之后第4个掌握“发射平台转弯行走技术”的国家（机构）。

3、采用高可靠性的点火方式

长征七号在接到零号指挥员下达的“点火”指令后，有一个短暂的“沉寂期”。在大约7秒后才会在电视画面上看到长征七号喷射出火焰。这是因为以往中国发射的火箭是依靠火工品点火，通过火药启动剂点燃火箭，为一次性使用，存在无法点燃的风险。

长征七号火箭使用的是我国第一台闭式发动机，具备多次启动能力，其点火原理是通过高压煤油本身冲破点火器，推到预燃室，再进入发动机。由于高压补燃会多出5秒的泄压时间，所以导致喷火时间延后，7.4秒后才能看到火焰。这种点火方式可靠性更高，操作更加简单，启动更加平稳。

今后我们在观看长征-五号、六号、七号、八号火箭的发射直播时，看到‘点火’指令下达之后火箭还没动静，别紧张再等七秒。顺带说明一下，美国的航天发射不是在0秒点火，在0秒之前已经点火，0秒是起飞。

长征七号火箭的芯级的直径之所以仍是3.35米，是为了可以在西昌、酒泉、太原三个基地发射，它最终将取代长征二、三、四号运载火箭。长征七号通过不同组合形成一系列火箭（下表），例如是否捆绑助推器、采用2个或4个助推器、芯二级采用氢氧发动机还是煤油发动机，是否有第三级火箭（氢氧发动机）。

下面这个图表是不同组合的长征七号在不同轨道的运载能力，不但涵盖了之前长征2/3/4号火箭，而且最大运载能力提高了50%。表中编号的‘7XY’，X代表几级火箭，Y代表几个助推器。如此次发射的是724，两级火箭+四个助推器。‘长征八号’实际上是长征七加第三级火箭，芯三级采用两台YF-75D（8吨推力）氢氧发动机，即CZ-73Y。

从下图可以看到长征-7号的助推器比长征-2F的长得多，同是两级火箭（3.35米） + 四个助推器（2.25米），长征-7的起飞总重比长征-2F增加137吨，因为长七的六台YF-100的推力，比长二F的八台YF-20增加了133吨。两型火箭的总重/起飞总推力是0.814与0.767；载荷重/总重是2.26% 与1.96%，上述两组比值表示换算成相同重量的火箭，长征七号可以运送更多的载荷。

5、YF-100煤油发动机性能稳定技术先进

长征七号火箭采用六台YF-100煤油发动机，它的成功发射证明了该型发动机的高可靠性。同时，YF-100还具有世界首创的‘燃气滚控系统’，利用一级发动机涡轮泵后引出高温高压燃气，与发动机一起对火箭进行姿态控制，保证飞行中的姿态稳定。

YF-100煤油发动机采用高压补燃（又称分级燃烧循环）技术，简单地说就是，燃气发射器产生的富氧燃气进入燃烧室再次燃烧，所以推力大。它可以最大限度地利用燃料的化学能，载荷重量可提高10%，是第二代航天技术动力装置的发展方向。如果用高压补燃的YF-100煤油发动机，取代东风五号火箭的YF-20，二级采用东风2X固体火箭，那么可储存的燃料提高了战略导弹的紧急反应能力，使得中国的24个战略导弹发射井还可以继续发挥威慑作用。

长征七号相当于美国德尔塔IV火箭中的M构型（下图的中间两型），该型火箭是美国德尔塔系列火箭中发射次数较多的构型，从2003年首发至今共20次，而重型德尔塔IV从2004年至今仅发射8次。

德尔塔IV火箭目前承担的主要发射任务就是为美国空军、国家安全局、反导局等机构发射代号为USA系列的军事卫星。例如美军的“锁眼”系列卫星，近地点265公里，远地点650 公里，重13.5~18吨， 其中的KH—11、KH—12型照相侦察卫星的地面分辨率达到了0.1米，在世界先进的侦察卫星中可谓是大名鼎鼎，曾在在“海湾战争”和“科索沃战争”中立下汗马功劳。长征七号的近地轨道载荷达到了13.5吨，虽然对外宣传是为了发射天舟货运飞船，实际上完全可以用于发射13吨级别的大型侦察卫星‘中国天眼’。

7、远征1A新型‘摆渡车’

远征1A上面级是一种具有独立自主飞行、多次启动、长时间在轨的航天器，由长征七号运载火箭发射进入地球轨道后，能将其他同行的有效载荷从某一轨道送入其他轨道或空间位置。远征1A的主要任务是：验证多次启动、长时间在轨飞行等技术，并作为其它载荷的搭载平台，按程序将遨龙一号、翱翔之星、天鸽飞行器分别“摆渡”到不同的预定轨道，开展相关在轨试验。

2015年3月30日，我国首个“太空摆渡车”远征一号上面级，将北斗全球导航试验星完美地“摆渡”到远至几万公里的同步轨道，但它只能2次启动，即只能运送2个载荷。此次发射的远征-1A是升级版，具有9次的重新启动能力，在轨飞行时间从6.5小时延长至48小时。相应地也携带了更多的燃料，所以它可以最多运送9个载荷到多个不同的轨道。

远征-1A具有“高集成性、高复杂性、高显示度”的特点，可搭载的载荷结构形式各异，外廓尺寸从0.2米到2.8米、高度从0.3到2.3米，重量从18千克到2.8吨，接口需求复杂、目标轨道不同、分离时间不同，对满足不同任务具有良好的适应性。下表是美俄欧的主力‘摆渡车’性能对比，可见，远征-1A的性能已进入世界先进水平。

在2014年航展上展出运载能力更大的‘天运一号’，它将由长征五号携带升空，具有‘数十次’的启动次数、在轨时间可达10天。

8、可重复使用的飞船返回舱

此次长征七号搭载了一个1：0.6

9、首次搭载自行研制的太空机械臂

中国为空间站研制了两型太空机械臂，位于核心舱的机械臂具有七个自由度，臂长为10.2米，承载能力为25吨。虽然不及加拿大为国际空间站配套的机械臂（17.6米臂长和116吨承载），但是中国没有航天飞机，空间站的每个舱段略小于25吨，所以用于空间站的组装已经够用，而且中国的太空机械臂的线速度和角速度都是世界最大的，也就是说中国的机械臂可以运行得更灵活。

下图是太空机械臂的实物图、以及在空间站上的位置。实际上中国的太空机械臂是一个‘机器人’，它在空间站上不是固定在一个地方，而是可以在空间站的外壳上缓慢地爬行。

10、遨龙一号——空间碎片主动清理飞行器

多年前的论文（下图）就显示中国在研制空间碎片主动清理飞行器，清理的方法有二。一是采用机械臂抓捕太空碎片，将碎片放入网兜，再进行钝化处理；二是利用高能脉冲激光束照射碎片表面，产生类似于火箭推进的‘热物资射流’，降低碎片的轨道高度以缩短其轨道寿命。此次‘遨龙一号’就是验证抓捕清除碎片的关键技术。

下图是‘遨龙一号’的飞爪抓捕装置和抓捕流程。如果将摆渡车、机械臂和‘遨龙’等技术组合起来，研制一型13吨的‘太空清扫车’，那么它就不仅仅是主动清理碎片，对不合作的小卫星可以给它一个推力让它坠落，对大卫星可以给它照一下‘手电筒’让它失效。

11、在轨加注实验装置

货运飞船除了运送空间站所需的生活物资和试验材料，还要给航天器补充维持轨道所需的燃料，所以要建设空间站就必须掌握在轨加注技术。下图是我国空间站推进剂补加系统的压气机，中国是除俄罗斯之外第二个掌握此技术的国家。此次搭载的在轨加注实验装置与远征1A上面级不分离，此时的远征1A类似于“太空加油机”，验证在空间轨道上为卫星、空间站等航天器进行气、液补给。

给卫星加注燃料的目的是延长卫星的工作寿命，多数卫星是因为多次变轨或长期维持轨道、耗尽燃料而失效，而不是卫星的零部件到寿命。前面提到的采用摆渡车运送卫星入轨，就是为了卫星入轨时不用消耗自身携带的宝贵燃料、延长其寿命的一种措施。例如东方红系列通信卫星的燃料占总重量之比分别是：东三是38%，东四是58%，东五是54%。卫星重量增加的同时，燃料占卫星重量的比例也在提高，为的就是增加卫星的实际使用寿命。

有了给卫星加注燃料技术，还可以增加侦察卫星变轨的次数。要给卫星加注就需要具备对目标卫星接近并捕获能力，而这个能力同时还可以用于破坏敌方卫星，例如接近后给目标卫星的外壳或太阳能板喷点涂料。

12、放飞中继卫星和立方小卫星

此次搭载的2个‘天鸽’飞行器是开展在轨信息中继技术试验，它可以作为信息中转站，进行天地信息传输。嫦娥四号将在月球的南极（背对地球）降落，就需要发射一颗中继卫星在L2点，才能让嫦娥四号与地球保持通信。下图是天宫一号的伴飞小卫星（BX-2），此次‘天鸽’可能是BX-1。

长征七号还搭载‘翱翔之星’小卫星，它采用标准立方星理念设计，下图是‘翱翔之星’的实物，以及长七发射时的动态模拟图像，可以对比整个载荷舱与‘翱翔之星’的大小。它的质量是33Kg，在轨工作寿命1年，将开展地球重力场测量、空间抗辐射实验以及自然偏振光导航技术验证等一系列创新实验。

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