大火箭家族“長征七號”首飛解析 發射之旅全面科普

隨著長征七號的成功發射，我國載人航天工程空間實驗室階段4次飛行任務的開局之戰也將開啟。發動機是新型的，發射架更加簡練，軌道艙也被淘汰了……長征七號還會給我們帶來怎樣的驚喜？

應勢而生的長征七號：燃料更環保，運載能力更強

隨著我國航天事業的不斷發展，空間站的建設與大質量衛星的發射需求開始出現，而老一代運載火箭已無法滿足需求。為了運載這些大質量的艙段以及衛星，研制新型的大運力火箭是十分必要的。況且，老一代長征系列火箭大量使用劇毒的肼-四氧化二氮燃料，從保護自然環境以及工作環境的角度來看，研制新型的環保運載火箭也是十分必要的。

可以看到滾滾的四氧化二氮的紅煙，這種紅煙不僅劇毒，而且是臭氧層破壞物。

為了滿足新運載火箭的動力需求，新型的火箭發動機是必不可少的。

於是，在2001年，120噸推力的YF-100液氧/煤油發動機與70噸推力的YF-77液氧/液氫發動機便獲得了立項。以這兩款發動機作主要動力來源的長征五號，也在2006年走入了公眾的視線。

兩年以后，為了滿足小衛星的發射需求，長征六號也在2008年上馬，它的芯一級使用單台YF-100發動機，二級使用單台18噸推力的YF-115液氧/煤油發動機。

裝備了YF-100發動機的長征六號從起飛效果看就很不一樣了。

長征五號最大的LEO（低地球軌道運載能力）有25噸，最小的LEO也有10噸，而長征六號的SSO（太陽同步軌道運載能力）為0.5噸，LEO大約為1噸。

為了填補長征五號和長征六號中間的空白，也為了給未來的貨運飛船提供運載工具，2010年，長征七號便被提出。實際上，長征七號幾乎就是長征二號的翻版——3.35米直徑芯級配合2.25米直徑助推級，繼承了長征二號的構型，但同時又結合了新式火箭發動機，實在是創新之舉。

兩枚火箭的發射合練，長征七號顯然要瘦的多。

長征七號芯一級採用雙聯YF-100液氧煤油發動機，四個助推級採取單發YF-100液氧煤油發動機，第二級採取四台YF-115發動機。而去年長征六號的成功試射，已經宣告了這兩款發動機是非常成功的產品。所以這次長征七號的成功發射，可以說，是得到了充分保証的。

長征七號的組裝車間，我們可以輕易辨認出每一段箭體的對應位置。

長征七號主要干嗎？運飛船！

長征七號在未來一段時間的主要用途，是運載“天舟”系列貨運飛船，給在空間站的宇航員送給養。同時，去年的“遠征一號”上面級的成功運作，今年的“遠征二號”上面級以及未來可能的新的低溫上面級的面世，還可以給長征七號賦予更多的功能——它將幫助衛星走向地球同步轉移軌道（GTO），從而讓長征七號有足夠的能力替代現有的一些運載火箭。

“天舟”貨運飛船的效果圖以及其實際的貨艙段

“天舟”貨運飛船的實際貨艙段

除了文昌雞，文昌還有衛星發射中心

這次長征七號的成功發射，宣布著文昌衛星發射中心的正式啟用。

為什麼新的發射中心要設在文昌呢？當然是因為文昌有很多優點：

1.緯度越低，地球自轉的線速度越快，這就可以讓火箭攜帶更多的載荷。而文昌衛星發射中心的緯度隻有19°，也算是非常有利的位置了。

文昌衛星發射中心的位置

2.由於長征五號的芯一級直徑達到了5米，這意味著它無法經由陸路運輸——因為過不了隧道﹔空路也不行——飛機沒辦法運輸這麼大直徑的東西。於是，海運成為了唯一可行的辦法。而從天津出廠的火箭箭體可以很方便的通過水路抵達文昌。

長征七號在天津港打包裝箱，目的地：文昌

3.火箭的發射方向基本都是向東以及向南的。這意味著助推級與一級火箭燃燒完畢的殘骸，將落在東面與南面。而文昌的東面與南面都靠海，這就意味著火箭的殘骸將直接落在海面，從根本上規避了殘骸砸到人的風險。

國外的很多航天中心也參考了這些要素。美國的肯尼迪航天中心，東面就是大西洋，緯度約28°﹔歐空局的庫魯航天中心，也在海邊，而且其緯度更是隻有4°，接近於赤道。

位於卡拉維納爾角的肯尼迪航天中心，右邊就是大西洋

歐空局的庫魯航天中心，圖上方的加勒比海清晰可見

火箭這麼大個頭怎麼運輸？

在去年長征七號合練照片發布的時候，很多人都注意到了發射架的轉變——以往龐大的發射塔，被簡練的發射架代替了。去年長征六號的發射也採取了這樣的技術，甚至更進一步——直接用發射車轉運。

轉運車的輪子呢？原來是太小了啊

在以往的發射准備過程中，我們的火箭從組裝中心到發射塔，需要垂直轉運一段路，幾乎沒有任何的支撐。由於火箭很高，因此其重心也很高，在風太大的時候，轉運工作就相當危險了。這對於火箭的發射准備也是比較不利的。

這麼大個轉運，沒有任何輔助……慌了嗎？

以往的發射塔兼職了火箭組裝間，所以做成這麼大。但隨著火箭發射頻率的增加，發射准備時間也逐漸縮短，垂直轉運就能滿足這一要求。隨著技術的進步，現在的發射塔已經隻有固定與燃料加注的職能，這樣就能做得很輕，使連箭帶架的轉運成為了可能，從而降低了對轉運環境條件的要求。

火箭上面都帶了啥？

你可以想到整個臍帶塔從組裝間裡頭出來的樣子了嗎？

去年長六的發射，一下子攜帶了20顆衛星，全部入軌並且測控成功。而長征七號也不例外，它帶了一個重量級乘客——新型載人飛船的小尺寸模型。

我國現在使用的神舟載人飛船，已經為大家所熟知了。它借鑒了前蘇聯“聯盟號”飛船軌道艙、返回艙以及推進艙的結構，也設計了三個艙室。

這是兄弟般的飛船

而新的載人飛船，去掉了軌道艙，僅由指令艙與推進艙構成，與美國的一些飛船更為接近。

新的載人飛船更接近美國的飛船

那麼為什麼要去掉軌道艙呢？

從飛船的發展來看，軌道艙是一個多功能艙，實質上是沒有空間站的情況下的權宜之計。航天員在軌道艙內，可以進行活動，也同樣能進行一些實驗。而且中國的神舟系列軌道艙還能在軌運營一段時間，提供更豐富的數據。在神舟七號上，軌道艙還被魔改成了氣閘艙，成為了航天器/太空環境的過渡艙室。

但隨著空間站計劃的提出，“天宮”系列軌道飛行器的成功運作，航天員已經能夠有更加寬裕的工作與活動環境，軌道艙已經逐漸失去了它的意義。而當我們去掉了軌道艙后，返回艙與推進艙能做得更大，從而可以攜帶更多的乘員以及更多的燃料。為今后更進一步的載人航天工作（甚至是載人登月）打下堅實的基礎。

寫在文章外的話：兩款不同尺寸的推進艙，看來真的是要為載人登月做准備了。

出品：科普中國

制作：長征⑨號團隊 姚智愷

監制：中國科學院計算機網絡信息中心

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