新一代长征系列火箭：技术革新不断提升性能

1.“长征五号”

“长征五号”运载火箭于2006年正式立项研制。2016年11月3日，“长征五号”运载火箭在文昌航天发射场首次成功发射，将“实践十七号”卫星送入预定轨道。中国最大推力新一代运载火箭“长征五号”研制成功，标志着中国运载火箭实现升级换代，是由航天大国迈向航天强国的关键一步，使中国运载火箭低轨和高轨的运载能力均跃升至世界第二。

“长征五号”是中国实现载人空间站工程、探月三期工程等重大航天工程项目的关键支柱和发展基石，同时也支撑中国未来深空探测工程的发展。“长征五号”的试验件规模之大、模态数量之多、模态密集程度和模态耦合程度之高、数据处理难度之大，以及激振通道、陀螺通道、脉动压力通道、推进剂加注量均创下历史最高纪录。

2020年11月24日凌晨4点30分，“长征五号遥五”运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空，将运送“嫦娥五号”探测器至地月转移轨道。火箭在飞行了大约2200秒后，顺利将探测器送入预定轨道，开启我国首次地外天体（月球）采样返回之旅。

“嫦娥五号”探测器总重量达到了8.2吨，是“东方红一号”卫星的47倍多，而且要发射到月球，就需要更强大的推力，所以就需要请出长征系列火箭家族中的大力士“长征五号” 来执行。“长征五号”火箭是一种大型低温液体捆绑式运载火箭，是一枚捆绑四个助推器的两级半构型火箭。

“长征五号”火箭被称为大火箭，为什么要这么说呢？“长征五号”火箭的“大”，首先体现在体积重量大，火箭芯级直径5米，助推器直径3.35米，都比现役“长征二号F”火箭多出大约一半。“长征五号”火箭高度为56.97米，仅次于使用了逃逸塔的“长征二号F”火箭。“长征五号”火箭的起飞质量879吨，比“长征二号F”火箭的498吨高出76%还多。从外形上，肥硕的“长征五号”就要比瘦削的“长征二号F”和“长征三号B”火箭大得多，“长征五号”也由此收获了航天爱好者的爱称——“胖五”。

“长征五号”火箭作为我国十年磨一剑的产物，绝非徒有其表，它使用了高效的推进剂组合和高性能的火箭发动机，让“长征五号”火箭的运载能力大有提高，大火箭的“大”字，还体现在运载能力大。“长征五号”火箭的地球同步转移轨道运力约为14吨，“长征五号B”火箭的近地轨道运载能力约为25吨，是当之无愧的大型运载火箭，这两个指标不仅比我国上一代运载火箭的纪录保持者“长征三号B”和“长征二号F”运载火箭都提高了两倍多，对比国际大型运载火箭也是相当出色的。“长征五号”系列火箭的运载能力高于俄罗斯质子号火箭和安加拉火箭，也优于欧空局的阿里安5系列火箭，对比美国的“宇宙神5”火箭和日本的“H-IIB”火箭更是有过之无不及。11月初“长征五号”火箭发射成功后，它的运载能力将仅次于美国现役的重型“德尔塔4”火箭和“猎鹰”重型运载火箭。实际使用中“长征五号”火箭还将根据实际需要搭载“远征二号” 上面级，具有更灵活的发射能力，“长征五号”火箭是我国将来进行深空探测任务的主力火箭型号。

那么为什么要研制“长征五号”大火箭呢？冷战结束前后，欧美日等发达国家竞相研制新一代运载火箭，如美国的宇宙神4和德尔塔4，欧洲的阿里安5和日本的H-II系列火箭，即使是欧美的老一辈运载火箭也和弹道导弹项目有着千丝万缕的联系。而新一代运载火箭立足军民用航天发射，不仅运载能力有了很大的提高，还应用了更先进的技术和设计，具有更高的可靠性、安全性和环保性能。

其实在20世纪80年代，我国第一代运载火箭逐渐完成发展的同时，中国航天也在酝酿新一代运载火箭的论证和研制，“863”计划中就专门提到要研制新一代运载火箭。从1986年开始，中国航天进行了长时间的论证，进行了关键技术的预先研究，完成了新一代火箭总体方案的初步论证。早期完成关键技术突破后，2000年和2001年120吨级液氧煤油发动机和50吨级液氧液氢发动机正式立项，进入工程研制阶段，并陆续开始热试车点火。各项分系统的研制步入正轨后，2006年新一代运载火箭中的顶梁柱，也就是被我们称为大火箭的“长征五号” 运载火箭正式立项，此时距离新一代运载火箭开始论证已经过去了20年。

此后，在“长征五号”火箭研制过程中，先后完成了120吨级YF-100液氧煤油发动机和50吨级YF-77液氧液氢发动机的定型，以及5米大直径液氧和液氢储箱的试验，又分别通过了5米液氧液氢芯级和第二级的动力系统全程热试车试验。大火箭还进行了助推器分离试验和整流罩分离试验，并在新建的亚洲最大的振动塔上完成了大火箭的全箭振动特性试验，循序渐进地为火箭的首飞铺平了道路。“长征五号”火箭助推器使用的YF-100型120吨级液氧煤油发动机也是新一代火箭“长征六号”和“长征七号”的主发动机，直到“长征六号”火箭和“长征七号”火箭先后首飞成功，YF-100液氧煤油发动机通过实际飞行试验的考验，也为“长征五号”火箭的首飞成功奠定了坚实的基础。

“长征五号B”运载火箭继承“长征五号”运载火箭研制基础，满足空间站工程任务要求。作为我国首个一级半构型火箭，“长征五号B”运载火箭突破了多项关键技术，于2020年5月5日成功首飞，将新一代载人飞船试验船及柔性充气式货物返回舱试验舱的组合体准确送入预定轨道，标志着我国运载火箭近地轨道运载能力跻身国际前列，为我国空间站工程任务的顺利实施奠定了坚实基础。为满足空间站舱段发射任务要求，“长征五号B”运载火箭突破了20.5米长整流罩分离技术、大直径舱箭连接分离技术、大推力直接入轨精度控制和分离安全控制技术等重大关键技术。突破了考虑弹性及气动影响下的大型整流罩分离仿真预示技术，解决了大型整流罩分离的安全性；突破了大型低温动力系统的循环预冷技术、零秒脱落气液连接器技术等，提升了零窗口发射适应能力；突破了大直径舱箭连接解锁装置的降冲击技术，解决了大直径舱箭安全可靠连接及分离技术；突破了大推力直接入轨末级箭体的安全钝化技术，解决了舱箭分离安全性的难题。

2020年7月23日12时41分，我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，用“长征五号遥四”运载火箭将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空，飞行2000多秒后，成功将探测器送入预定轨道，开启火星探测之旅，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。

2.“长征六号”

此前为“胖五”研制提供技术重要支撑的　“长征六号”和“长征七号”是新一代运载火箭系列中规划的小型、中型运载火箭。

2015年9月20日，我国新一代运载火箭“长征六号”成功首飞，这也是我国新一代运载火箭的第一次飞行试验。此次“长征六号”火箭承担20颗卫星的发射任务，不仅创造了我国一箭多星的发射新纪录，同时“一箭20星”的发射数量也创下了亚洲之最。“长征六号”是我国研制的新一代无毒、无污染的小型运载火箭，为三级火箭，起飞质量103吨，具备700千米高度太阳同步轨道500千克的运载能力。该火箭具有成本低、高可靠、适应性强、安全性好等特点，有许多新技术是在中国国内首次应用，研制难度很大。英国广播公司援引《解放日报》的报道称，“长征六号”发射提高了中国的“空间进入能力”，并且“缩小了与世界先进国家差距”，对中国运载火箭“后续发展具有里程碑意义”。

3.“长征七号”

“长征七号”是中国载人航天工程为发射货运飞船而全新研制的新一代中型运载火箭。“长征七号”运载火箭于2016年6月25日从文昌航天发射场首次成功发射，这也是文昌航天发射场的首次发射任务。

（1）我国第一型“数字火箭”

采用全数字化手段研制。它采用二级半构型，主要用于发射近地轨道或太阳同步轨道有效载荷，可以把13.5吨的有效载荷送入近地点200千米、远地点400千米、倾角42°的近地轨道，或将5.5吨的有效载荷送入700千米的太阳同步轨道。它是利用“长征二号F”火箭成熟技术，在大体不变情况下换成新研制的液氧/煤油发动机。

在设计阶段，火箭图纸从纸质“连环画”变成了“3D电影”；在火箭制造中，实现了“一键式”加工，大幅提高了加工质量和效率；在试验、装配阶段，应用了“虚拟现实技术”，提前预见可能发生的问题，确保火箭试验、装配“一次成”。“长征七号”火箭代表了我国近60年运载火箭研制领域的最高水平，其首飞的成功标志着我国新一代运载火箭在数字化设计能力上已跻身国际先进行列。

（2）特点

“长征七号”火箭使用的是液氧煤油推进剂，无毒、无污染，清洁环保。而且，相比使用常规推进剂的发动机，液氧煤油发动机比冲提高20%，推力提高60%，其推进剂平均成本仅为常规推进剂的1/10。它还有防水、防风、防盐雾等功能，可以在8级大风的情况下进行垂直转运，抗风能力为目前“长征” 家族之最，中雨时也能发射。

2015年6月25日，“长征七号”运载火箭首飞，搭载了“远征一号A”上面级。其在轨飞行时间从“远征一号”的6.5小时延长至48小时，主发动机由2次启动增加至20次启动，分离次数由1次增加至7次。所以，它可把更多的“乘客”送到不同的地点，变轨能力大大增强，拓展了摆渡车的服务功能，通过多次点火工作，适应更多复杂的路线。

（3）重要意义

“长征七号”火箭的首飞成功，使我国中型运载火箭近地轨道的运载能力由8.6吨提高至13.5吨，达到国外同类火箭先进水平。而且此次是按照载人火箭的标准设计的，控制系统和增压系统实现了冗余，可靠性设计指标达0.98，达到国际先进水平。其中，火箭控制系统创新采用了143项智能控制软件，是现役火箭软件使用量的30倍以上，大大提高了控制精确度。“长征七号”火箭成熟后将成为我国新一代载人火箭，用于发射新一代载人飞船。(www.xing528.com)

4.“长征八号”

2020年12月22日12时37分，“长征八号”首次飞行试验，在中国文昌航天发射场取得圆满成功。

“长征八号”运载火箭采用模块化、系列化、组合化的设计思路，一子级状态与“长征七号”火箭芯一级基本一致，二子级状态与“长征三号甲”系列火箭三级基本一致，以最小代价、最短时间完成型号的集成研制。

“长征八号”运载火箭主要聚焦于未来太阳同步轨道的高密度发射任务需求，700千米太阳同步轨道运载能力可达到4.5吨，同时还兼顾近地轨道和地球同步转移轨道发射需求，能为我国后续卫星组网工程建设提供有力支撑，并具备提供商业发射服务的能力。

“长征八号”运载火箭首飞成功，进一步完善了我国运载火箭型谱，提升了我国火箭太阳同步轨道运载能力，为顺利开启“十四五”期间各项航天发射任务奠定坚实基础，为航天强国建设增添新动能。

5.“长征十一号”

2015年9月25日，我国自主研制的首枚固体运载火箭“长征十一号”在酒泉卫星发射中心成功首飞。“长征十一号” 火箭采用固体发动机和固体燃料，搭载了4颗卫星，首次实现固体运载火箭一箭多星发射。与现役以液体推进剂为动力的长征系列火箭相比，它的发射准备时间由“月”缩短为“小时”，将大大提升我国快速进入空间的能力。

“长征十一号”是长征系列运载火箭中唯一一型固体运载火箭，可在海上和陆地的不同发射场实施发射。火箭全长近21米，重58吨，起飞推力120吨，兼容2米和1.6米两款整流罩，可将500千克的有效载荷送入500千米的太阳同步轨道。它主要用于满足自然灾害、突发事件等应急情况下微小卫星发射需求。发射准备短，可满足不同任务载荷、不同轨道的多样化发射需求，是中国微小卫星强有力的“大腿”。在新一代运载火箭家族中，“长征十一号”火箭有“快响利箭”的美称。科技人员在不断总结发射经验的基础上，不断革新，使“快箭”越来越快。

|知识链接|

我国卫星发射场

我国一共有4个发射场；分别是酒泉发射场、太原发射场、西昌发射场以及文昌发射场。

酒泉发射场

1.优势：这里位于戈壁沙滩，人烟稀少，200千米以内基本为无人区，安全性好；地势开阔，是天地往返运输系统理想的回收着陆场所；距海岸线远，可以充分利用已基本形成的路上航天测控网；气候干燥少雨，雷电日少，一年四季多晴天，容易满足发射条件，可为航天发射提供良好的自然环境条件，每年约有300天可以进行发射试验。

2.主要任务：是我国目前唯一载人航天发射场，是世界三大载人航天发射基地之一。酒泉发射场主要承担返回式卫星的发射、载人航天工程和航天员应急救生等任务。未来，酒泉发射场还将继续承担神舟飞船的发射任务，将更多航天员送往太空，探索宇宙的奥秘。

太原发射场

1.优势：群山环抱、地势高峻，安全性高。特殊的经纬度使这里成为我国近地、极地轨道卫星发射的理想场所。

2.主要任务：这里通常发射气象、资源等太阳同步轨道卫星。

西昌发射场

1.优势：这里属于亚热带气候，纬度低，海拔高，地空距离低，发射角度好；峡谷地形，年平均气温18摄氏度，日照达320天，发射窗口长，每年10月至次年5月是最佳发射季节。

2.主要任务：从西昌发射场起飞，可充分利用地球自转，消耗较少的燃料就能到达预定轨道。这里主要承担地球同步轨道卫星，导航、通信、广播、气象卫星等试验发射和应用发射任务。

文昌发射场

1.优势：纬度低、发射效费比高，同等条件下能够使地球同步轨道运载能力提升15%以上；射向宽、安全性好，火箭射向1000千米范围内均为海域，残骸落区均在海上；海运便捷、可行性强，能够解决铁路、公路和空运均无法运输大尺寸火箭的难题；无毒无污染、绿色环抱，是我国首个全面采用液氢、液氧、航空煤油等新型推进剂的发射场。

2.主要任务：空间站各舱段以及天舟货运飞船将从文昌发射场起飞，出征太空，翱翔宇宙。