书城科普读物突破卡门线——运载火箭
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第17章 向太空“长征”——中国火箭

火箭的故乡

我国是火箭的故乡,但现代火箭的研究却是近几十年的事情。1956年,我国开始现代火箭的研制工作。第一次发射火箭是在上海的南汇。火箭虽然飞得不高,也不远,但发射是成功的。

好火箭,也要有个好名字。向太空“长征”,成为我国火箭的象征。经过5年的艰苦努力,我国“长征-1”号运载火箭诞生了。1970年4月24日,我国研制的“长江-1”号运载火箭首次发射“东方红-1”号卫星成功。

经过几十年的努力,我国已经研制成功了“长征-1”号、“长征-2C”号、“长征-2D”号、“长征-2F”捆绑式、“长征-3”号、“长征-3A”号、“长征-3B”号和“长征-4A”号共4个系列20多种型号的运载火箭,正在服役的有12种。现在,“长征”系列火箭负责发射近地轨道、地球静止轨道和太阳同步轨道的卫星以及“神舟”飞船等。

从1970年4月24日,我国第一枚“长征-1”号运载火箭成功发射“东方红-1”号卫星,到2011年底,“长征”系列运载火箭总计进行了155次航天发射,其中,147次成功,共发射187颗不同类型的航天器,包括149颗国内卫星和航天器,国际商业发射38颗美国、巴西、澳大利亚、尼日利亚、菲律宾、瑞典、委内瑞拉的卫星,将8艘“神舟”号宇宙飞船和6名航天员以及“天宫-1”号目标飞行器送入了太空轨道。仅2010年一年,我国运载火箭发射次数达到了15次的最高纪录,成功率达100%。“长征”系列运载火箭曾13次发射失败,总成功率为94.2%。

“长征”系列运载火箭经历了从常温推进剂到低温高能推进剂、从一箭单星到一箭多星、从发射卫星到发射飞船和空间探测器的技术历程,具备了发射低、中、高不同轨道和不同航天器的能力。

“长征-1”号运载火箭

“长征-1”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。火箭全长29.86米,最大直径2.25米,起飞质量81.57 吨,起飞推力1020千牛,能把300千克重的卫星送入440千米高的近地轨道。1970年4月24日,“长征-1”号运载火箭成功地将“东方红-1”号卫星送入预定轨道,奠定了“长征”系列运载火箭发展的基础。

“长征-1D”号运载火箭是“长征-1”号的改进型。主要的改进有:提高一子级发动机推力;提高二、三子级性能;采用全惯性制导。经过改进,“长征-1D”号运载火箭可以发射各种低轨道卫星,并已在商业发射领域投入使用。

“长征-2”系列运载火箭

“长征-2”号运载火箭是从洲际导弹的基础上发展而来的,是中国运载火箭的基础型号。在“长征-2”号的基础上,发展了“长征-2 ”系列、“长征-3”系列和“长征-4”系列运载器。

“长征-2”号运载火箭于1974年11月5日在酒泉卫星发射中心进行了第一次发射,由于火箭控制系统中的一根导线存在暗伤而断裂,导致火箭姿态失去控制,首次飞行失败。1975年11月26日,“长征-2”号运载火箭将中国第一颗返回式卫星准确送入预定轨道。随后,“长征-2”号运载火箭又连续两次发射成功,并于1979年退役。

“长征-2C”号是改进型火箭。它采用了大推力液体火箭发动机,箭长增加到43米,近地轨道的运载能力增加到23.85吨,火箭的可靠性也大大提高。

“长征-2D”号运载火箭也是一种两级液体火箭,主要在“长征-2”号的基础上采取增加推进剂加注量和增大起飞推力的方法,使运载能力进一步提高。火箭全长41米,起飞质量249吨。

“长征-2E”号中国首枚捆绑式运载火箭,是以加长型“长征-2C”号为芯级,并在第一级周围捆绑4个液体推进剂助推器构成的近地轨道两级液体推进剂运载火箭。火箭总长49.686米,芯级直径3.35米,起飞质量462吨,起飞推力5923千牛,能把9.2吨有效载荷送入200千米近地圆轨道。

1992年3月22日,西昌卫星发射中心2号发射台计划发射澳大利亚的一颗通信卫星?——“澳星-B2”。“澳星-B2”是美国休斯公司的产品。“长征-2E”号捆绑火箭飞行48秒后,卫星爆炸,火箭的整流罩提前分离。卫星离目的地还有3万多千米,残骸散落在了近地轨道。

“长征-2E”号捆绑火箭是当时中国发射商业卫星的主力火箭。中方认为,是因为卫星爆炸,导致火箭的整流罩提前分离。而美国休斯公司认为自己是制造卫星的老大,卫星绝对没有问题,是中国的捆绑式火箭在制导设计上有缺陷,导致整流罩提前分离,卫星才爆炸,发射失败应完全由中方负责。

为什么美国休斯公司口气那么大?经过40年的努力,休斯公司已成为世界航空航天领域的先锋,曾创造了无数个世界第一。飞机、火箭、导弹、卫星、宇宙飞船、空间探测器和激光技术都有休斯公司的铭牌。美国休斯公司是全球最大的卫星制造商,数量几乎占世界份额的40%。与老大打交道要用事实和数据说话。中美专家对火箭遥测数据进行分析,对整流罩和卫星残骸的检验和试验。双方认为火箭和卫星都没有问题,是老天不作美。最后,休斯公司捐献一颗卫星,中国免费发射,澳大利亚只能迟两年看见卫星在赤道运转,皆大欢喜。

1995年1月26日,“长征-2E”号运载火箭携带香港亚太卫星公司的“亚太-2”号卫星在西昌卫星发射中心LC-2发射台升空,起飞后发生爆炸,星箭俱损。截至1995年12月28日,“长征-2E”号运载火箭共进行了7次发射,其中,成功5次,失败2次,此后,“长征-2E”号运载火箭退役。

中国开始发射宇宙飞船。为满足发射“神舟”号飞船的要求,保证航天员的安全,我国又通过改进可靠性并增设故障检测系统和逃逸救生系统,发展出了“长征-2F”号运载火箭,专门用来发射“神舟”号载人飞船。

“长征-2F”号于1999年11月20日首次发射中国“神舟一号”试验飞船。2003年10月15日首次进行载人发射获得成功。它的运载能力达8吨左右。迄今为止,“长征-2F”号运载火箭成功发射了“神舟一号”到“神舟七号”飞船。

“长征-3”号运载火箭

“长征-3”号运载火箭是三级火箭,是在“长征-2”号运载火箭基础上于1984年研制成功的。“长征-3”号运载火箭新增加的第三级采用液氢液氧发动机。火箭全长44.86米,第一、第二级直径3.35米,第三级直径2.25米,起飞质量204.88吨,同步转移轨道运载能力为1.6吨。

“长征-3”号运载火箭的成功发射,标志着我国运载火箭技术跨入世界先进行列,是我国火箭发展的一个重要里程碑。它首次采用了液氢、液氧推进剂,无毒无污染;首次实现火箭上面级发动机的多次起动;首次将有效载荷送入地球同步转移轨道。

“长征-3A”系列运载火箭

“长征”号运载火箭有许多“兄弟”,为什么要那么多“兄弟”呢?因为不同的火箭负责发射不同轨道高度的航天器。航天器的轨道和高度有无数种,所以必须有许多种运载火箭来协助它们升空。

航天器的重量不同,运载火箭的大小就不同。最小的卫星只有一个苹果的重量,大卫星有6吨到12吨重,所以必须研制运载能力大小不等的运载火箭。

“长征-3A”号火箭长52.52米,最大直径3.35米,起飞质量243吨,它主要发射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。

2007年6月1日,“长征-3A”号运载火箭如龙腾般一跃而起,拖着长长的橙黄色火焰,直奔天空。一个新的纪录随之诞生——“长征”系列运载火箭第100次向太空出征,将“鑫诺3号”通信卫星送入太空。

“长征-3B”号运载火箭是在“长征-3A”号和“长征-2E”号运载火箭的基础上,以“长征-3A”为芯级捆绑4个助推器构成的大型三级液体推进剂运载火箭。它的芯级火箭基本与“长征-3A”号相同,而助推器及其捆绑结构与“长征-2E”号基本相同。“长征-3B”号的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。火箭长56.33米,最大直径3.35米,地球同步转移轨道的运载能力为5吨多。

“长征-3B”号运载火箭成功发射了多颗大型卫星,如 “马布海-1”号卫星、“亚太-2R”号卫星、“中卫-1”卫星和“鑫诺1号”卫星等。

“长征-3C”号运载火箭是在“长征-3A”号和“长征3B”号的基础上研制的大型三级液体推进剂捆绑式运载火箭。与“长征-2E”号火箭相比,减少了两个助推器并取消了助推器上的尾翼。它的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。火箭长56.33米,最大直径3.35米,地球同步转移轨道的运载能力为4吨。

“长征-4”系列运载火箭

“长征-4”系列运载火箭包括 “长征-4A”号、“长征-4B”号运载火箭。“长征-4A”号是三级液体推进剂运载火箭,主要用于发射太阳同步轨道卫星。该火箭长41.9米,最大直径3.35米。1988年9月7日在太原卫星发射中心进行了首次发射,成功将中国第一颗试验型气象卫星“风云一号”送入901千米高的太阳同步轨道。

“长征-4B”号是在“长征-4A”号基础上发展的运载火箭,运载能力大,适应性强,1999年5月首飞并开始投入使用。该火箭长47.977米,最大直径3.8米,能够执行多种轨道发射任务,可进行单星发射或多星发射,也可进行微小卫星的搭载发射。

“长征-5”号运载火箭

“长征-5”号是我国新一代大型运载火箭,火箭高约60.5米,主火箭直径5米,4枚助推火箭,起飞质量675吨。2010年,“长征-5”号开始制造。

“长征-5”号运载火箭有几大优势:无毒无污染、高性能、低成本和大推力。新一代运载火箭的研制将最终实现近地轨道运载能力达到25吨,地球同步转移轨道运载能力达到14吨的目标。

20世纪90年代开始,各航天大国在不断改进现有火箭的同时,大力研制新一代的商用运载火箭。美国推出了“战神”系列运载火箭;欧洲新研制了“阿丽亚娜-5”运载火箭;日本推出了H-2A;俄罗斯研制了“安加拉”系列火箭等。国外新型火箭以可靠性、安全性、经济性等作为主要设计原则,均采用氢氧发动机或液氧煤油发动机,运载能力成倍提高。

作为火箭的故乡,中国也将会诞生技术更先进、威力更加强大的大型火箭。