新长征，新征途：长征七号火箭，你了解多少？

最新消息：长征七号于25日晚20:00在新建成的海南文昌航天发射场成功发射！

对于大部分读者来说，一段时间前“海南文昌 ”也许还是一个让人感到陌生的地名，但最近，它却已经成为了新闻中炙手可热的关键词：位于海南文昌的中国首个滨海发射基地，即将迎来中国新一代中型运载火箭——长征七号的首次发射。这也是文昌发射基地的 “处女秀” 。在去年长征六号和长征十一号成功发射后，中国新一代运载火箭家族又将有新成员登台亮相，助力种花家的兔子们向着星辰大海的征程。

宇宙飞船、人造卫星等航天器要 “上天” ，要由运载火箭将它们送至太空。自“东方红一号”卫星由“长征一号 ”运载火箭发射成功后，我国陆续研制了长征二号、长征三号、长征四号等系列的运载火箭。通过不断的技术改进，每个长征型号火箭都是一个大家族，如长征二号火箭，就有 ”金牌火箭” 长征2C、发射神舟飞船的高可靠性 “神剑” 长征2F等诸多型号。迄今为止，长征系列火箭已经完成了两百多次成功发射。虽然火箭的各项系统的技术在不断改进，但这些火箭的总体技术水平仍然停留在上世纪 90年代。按照我们国家对于未来航天事业的规划，在 2020年左右要建成20 吨级的空间站，并长期进行载人飞行和军事、科学应用，需要频繁的发射货运飞船对空间站进行补给。之前研发的火箭，其推力相当于 “小货车” ，已经不能满足空间站的货运需要。于是，“大货车 ”长征七号应运而生，将成为今后空间站的货运主力军。

在长征五号、长征六号、长征七号和长征十一号组成的我国新一代火箭家族中，长征七号是它们中的 “二哥” ，运载能力仅次于长征五号。它搭载的“乘客 ”，除了“天舟一号”等货运飞船外，也可以是近地轨道和太阳同步轨道的人造卫星。神舟飞船和天宫空间站运行的轨道距离地面的高度一般为几百千米，这种轨道被称作近地轨道（ LEO）。长征七号的近地轨道运载能力，最大可达 13.5吨，是发射神舟飞船的长征 -2F火箭运载能力的 1.5倍多。

运载能力的增加，来源于新一代长征火箭脱胎换骨的动力系统。长征七号火箭芯一级（即助推器包裹的火箭本体一级）和助推器采用的都是 YF-100液氧- 煤油发动机，单台发动机的推力为 1223.5KN，比长征2F 火箭使用的YF-20B发动机的推力高出了 67%。 YF-100发动机采用了高压补燃技术，燃料在发动机中经过两次燃烧，相比于 YF-20B发动机的单次燃烧，能够减少燃料的浪费。这种发动机采用已经在去年发射的长征六号火箭上小试牛刀，同时也会运用到未来发射的重载火箭长征五号上。在长征 2F火箭的芯一级上，需要安装四台 YF-20B发动机来提供足够的动力，而长征七号芯一级仅需安装两台YF-100，就可以提供足够的推力。发动机数量减少，带来的是可靠性的提升。在美苏的登月竞赛中，美国的土星 5号火箭和苏联的 N-1火箭的总推力相差不大，但成功发射阿波罗飞船登月的土星 5号仅安装了 5台大推力发动机，而 N-1火箭则安装了多达 30台推力较小的发动机，动力系统过于复杂，飞行试验全部失败，终结了苏联的登月计划。

(长征七号使用的YF-100发动机)

长征2F使用的 YF-20B发动机和其他上一代火箭基础级发动机，使用的燃料都是偏二甲肼 -四氧化二氮。这种发动机虽然具备技术成熟、燃料可以在常温下储存的优点，但偏二甲肼和四氧化二氮都是剧毒物质，在燃料的生产、储运过程和火箭加注燃料的过程中，都可能会对操作人员产生致命的威胁。同时，如果火箭在发射期间出现意外，未燃烧殆尽的燃料也会在爆炸和冲击之外构毒气危害。长征七号使用的 YF-100发动机，以液氧-煤油为燃料，它们都是清洁无毒的材料，而价格也要比偏二甲肼和四氧化二氮低好几倍。同时，液氧 -煤油燃料的密度高比冲也较高。如果把火箭比作一辆行驶在公路上的汽车，采用液氧 -煤油后，同样排量的汽车，百公里的耗油量降低了。加满一箱油后，能够行驶更长的距离。液氧注入火箭时，温度达零下 183摄氏度，和海南的热带气候相比可谓 ”冰火两重天“ 。通过采用高效的隔热材料，火箭并不用穿上厚重的 ”大衣“ ，仅需要在低温贮箱外部之一层 1～ 2厘米后的隔热结构，就能避免火箭结冰。由于新燃料的使用，长征七号在发射时会比以往的喉间喷射出更长的火焰，这将成为新火箭的 ”看点“ 之一。

以往，我国的大部分火箭采用的都是 ”分级转运，垂直总装，垂直测试 “的发射准备模式，火箭和卫星在到达运到发射场后，先分别进行测试，再一件一件的运到发射台，像搭积木一样自下到上拼装，最终在发射台上组成准备发射的完整火箭。而长征七号则采用了垂直总装、垂直测试、垂直转场的“三垂”模式。火箭在总装厂房完成拼装、测试后，整体转移到发射台，缩短了火箭在发射区的射前准备时间，提高了发射可靠性。文昌发射场常有风速随高度变化的浅层风，风速随高度变化。在地面上刮起微风时，火箭顶端的风速可能已经相当大了。为了克服这种风对火箭转运的影响，让竖立着的火箭能够稳稳当当的转移到发射台，长征七号使用了“防风减载装置”,来抵御转运过程中可能遇到的强风。

长征七号还是中国首个 ”数字化“ 火箭，在火箭研制过程中，以往厚重的图纸消失不见，取而代之的是数字化建模和数字化仿真。火箭的不同部件，往往由不同的单位、部门设计，他们之间的装配和就协调工作，也由计算机中的数字模装代替了实物模装。这些数字化技术，在保证质量和降低成本的同时，大大提高了设计和生产协调上的效率。在火箭研制过程中，还应用了时下最流行的VR技术，设计人员可以通过佩戴设计人员通过佩戴“ 3D头盔显示器”及“位置跟踪设备”，对三维数字火箭实现虚拟维修。

这次发射，是海南文昌发射基地的第一次航天发射。之前，我国建立的酒泉、西昌、太原三个发射基地，都处于内陆地区，火箭运输只能通过火车进行。受制于铁路隧道的限界，火箭的直径被“锁定”在3.35米，不能再增大，限制了大推力、重载火箭的发展。文昌基地投入使用后，火箭可以通过轮船运抵发射场，直径可以进一步增大。这次发射的长征七号，考虑在一段时间内还要“兼容”之前使用的发射场，直径仍未3.35米。但可以期待，个头更大的火箭将在不久的将来从文昌发射。除了运输方便，文昌的地理纬度比较低。在这里，地球自转所产生的离心力更强。火箭升空时，除了可以使用自身发动机产生的动力，还可以借助地球自转的离心力加速。同时，文昌发射场周边都是海洋，火箭抛落工作完成的部分时不用担心意外的发生。其实，在中国航天起步之初，发射场的设计者们就已经相中了海南。但考虑到沿海目标容易受到外国攻击，不得不将发射场建在了内陆。现在，航天人不但不用担心敌人袭击，还以更加开放、自信的姿态来对待这次发射，提前公布了发射的最佳观看位置。在不久的将来，这里将发射中国自己的大型空间站、载人登月飞船和火星探测器，发射场附近还将建设一座航天主题公园，使文昌成为中国的“卡纳维拉尔角”。

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