长征六号火箭有哪些技术突破？

我国于9月20日成功发射了长征六号火箭，将20颗卫星同时送入了距地球524公里的轨道中。这次发射的火箭，看起来没有把“神舟”送上太空的长征-2F“神剑”火箭那么雄伟，搭载的卫星也没有奔月的“嫦娥”那么引人注目，但它却标志着我国火箭技术和一箭多星技术的升级。

液氧煤油发动机：不仅仅是环保

火箭能够升空，其基本原理和我们儿时熟悉的花炮“蹿天猴“类似。当我们燃放“蹿天猴”时，花炮中的火药被点燃。在燃烧的过程中，火药和空气中的氧气反应生成气体，燃烧产生的热量使生成的气体被加热，向花炮外喷射。奔出的气体产生的反作用力推动蹿天猴飞上天空，产生大家喜闻乐见的效果。火箭发射时，它所用的”火药“是携带的专用燃料。随着火箭飞行高度的增加，氧气会越来越稀薄，火箭还要自带“空气”，也就是燃料燃烧所需的氧化剂。燃料和氧化剂在火箭发动机中被混合、点燃、加压后向外喷出，为火箭升空提供推力。

使用固体燃料和氧化剂的火箭被称作固体火箭。固体燃料火箭虽然结构简单、成本低，但其点火后的飞行较难控制，一旦点火后就不能关机，因此其在军事领域的应用更多。在目前的民用航天中，使用最多的是使用液体燃料、氧化剂的液体火箭。我国在航天发射中使用的“长征”系列火箭，都是液体火箭。在长征六号之前，我国的大部分火箭发动机使用偏二甲肼作为燃料，四氧化二氮作为氧化剂。例如将神舟飞船送入太空的长征2F火箭，火箭本体的第一级就由4台使用偏二甲肼-四氧化二氮的发动机构成。捆绑在第一级外的四个助推器，每个上面也安装了一台相同的发动机。火箭起飞时，总共能够提供600吨的推力。

使用偏二甲肼和四氧化二氮作为燃料和氧化剂，技术上虽然成熟，但这两者都是剧毒物质。如果向火箭加注燃料时不慎发生泄漏，会对操作人员造成致命威胁。其生产、储运过程也可能发生危险。新一代的液氧煤油发动机，使用煤油作为燃料，液氧作为氧化剂。两者都是清洁无毒的材料，保证了操作人员的安全。长征六号的首次发射，也是我国液氧煤油发动机的成功首飞。

除了安全无毒，液氧煤油发动机更大的优势，在于单台发动机可以提供更大的推力。长征六号使用了一台YF-100型液氧煤油发动机，能够提供120吨的推力，已经比长征2F火箭发动机每台75吨的推力高出了60%。我国的下一代重载火箭长征五号也将使用这种发动机，使其起飞时的总推力达到1060吨，可以发射空间站等大型载荷。

在六十年代美国和苏联的登月竞赛中，发动机技术的高低起到了关键作用。美国研制成功了680吨推力的F-1型液氧煤油发动机，在土星5号火箭的第一级安装了5台，使火箭的总推力达到3400吨，成功发射阿波罗飞船登月。同期，苏联的NK-33发动机仅能提供150吨的推力。计划用于登月的N-1火箭不得不安装了多达30台发动机。发动机台数太多、动力系统过于复杂，加上质量控制不过关，导致火箭可靠性降低，“N-1”火箭4次飞行试验全部失败，整个登月计划不得不草草收场。为了给今后载人登月做准备，我国也在抓紧研制更大推力的液氧煤油发动机，已经提出了300、500、600吨级液氧煤油发动机的技术方案。长征六号发动机在制造、发射过程中的经验，对这些发动机的研制有重要的参考价值。

此外，液氧和煤油的价格也相对便宜，液氧由空气分离而来，价格不到2000元/吨，煤油为石化产品，价格约为1万元/吨。而偏二甲肼的价格约为8万元/吨，四氧化二氮的价格约为1.7万元/吨。使用液氧和煤油能降低发射成本。在发动机设计时，采用了补燃循环的的动力循环方式。给涡轮泵提供能量的那部分燃料，在涡轮泵中未燃烧完全的，还能进入燃烧室进行二次燃烧，直接成为火箭飞行的动力。这样，燃料燃烧的效率被进一步提高。

一箭20星：历史之最

早在1981年，我国在发射“风暴一号”火箭时，就已经掌握了一箭多星技术。这次用长征六号一次发射了20颗卫星，创下了我国一箭多星发射的历史记录，也是亚洲一次发射卫星最多的纪录。这次发射的卫星数量虽多，但个头都不大。一般卫星的重量都以吨为单位，如我国的东方红3号通信卫星，重量约2吨。美国的GPS导航卫星，每颗重量约为0.8吨。而这次发射的20颗微小卫星，最大的才重100公斤。这些小卫星集成度高、成本低，可以为高校、科研机构开展研究提供低成本的渠道。在火箭中，较大的卫星被设置成主星，主星连接的搭载星适配器上可以再放置多颗更小的卫星。这样，主星和适配器组成的单元被分层放置在整流罩中，随火箭一起发射向太空。在卫星和火箭分离时，火箭要不停的变换姿态，以使释放出的卫星之间不发生相撞。

一箭多星技术，和军事上的弹道导弹分弹头再入技术有着一定联系。一枚弹道导弹如果同时装载多枚弹头，就可以在接近目标区域时将多个弹头分别释放出来，打击不同的目标。当一枚弹道导弹携带的弹头数量在5到15个时，敌方的反导系统同时拦截这些弹头的可能性几乎为0。可以期望，一箭20星的壮举，也将为提高我国的军事实力打下基础。

参考内容：

李斌等，我国新一代载人火箭液氧煤油发动机，载人航天，2014，20（5）：427

李斌等，载人登月主动力——大推力液氧煤油发动机研究，载人航天，2011（1）：28

谭永华，大推力液体火箭发动机研究，宇航学报，2013，34（10）：1303

陈振知，长征四号乙／丙运载火箭多星发射技术现状与展望，上海航天，2013，30（5）：43

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