長徵-7火箭「喝」上液氧煤油-液氧煤油 長徵 四氧化二氮 防水隔熱...

　　原標題:長徵-7火箭「喝」上液氧煤油

　　

　　圖片說明:即將發射的長徵-7火箭。

　　新聞背景

　　6月下旬,我國首枚新一代中型運載火箭長徵-7將在新建的海南文昌航天發射場發射,從而拉開我國載人航天工程第二步第二階段的序幕。

　　這次發射是載人航天工程空間實驗室階段4次飛行任務的開局之戰，關係重大。在長徵-7身上，從設計、研製、運輸到發射方式，都有革命性的變化。

　　液氧煤油堪稱航天動力「珠峰」

　　長徵-7是我國載人航天工程為發射貨運飛船而全新研製的新一代中型運載火箭，也可用於發射人造衛星等其它太空飛行器。它於2011年3月立項啟動，其首飛任務主要目的是全面驗證火箭設計的正確性和各項性能指標，同時搭載了相關科研機構研製的有效載荷，用於開展空間科學技術試驗研究。

　　該火箭的最早原型是長徵-2H型，即利用長徵-2F的成熟技術，最大的變化是把火箭發動機由原來常溫的偏二甲肼/四氧化二氮發動機改為低溫的液氧煤油發動機。

　　看起來只是燃料的不同，而變化卻是革命性的。低溫液氧煤油發動機被譽為世界航天動力領域的「珠穆朗瑪峰」，技術十分複雜，因為液氧的溫度為-183℃，火箭要保持低溫，防水隔熱要面面俱到。例如，必須通過絕熱方式對火箭進行嚴格控制，需給「冰箭」穿上一件厚厚的「絕熱服」，保證火箭不被熱量「入侵」；另外，為了防止空氣中的水蒸氣因低溫凝結，這種「冰箭」在設計時必須考慮防水設施。

　　之所以採用低溫的液氧煤油發動機，是因為這種發動機不僅無毒、環保，而且成本低，1噸煤油的價格不到1萬元，比常規發動機推進劑便宜60%，更重要的是其可重複使用。以發射「神舟」飛船的長徵-2F火箭為例，如果採用液氧煤油，每次發射可以節約推進劑費用上千萬元。

　　我國現役火箭發動機的單臺推力在70噸左右，長徵-7上120噸液氧煤油發動機的誕生，一舉把我國火箭發動機單臺推力提升了60％，運載能力是原來的3倍左右。

　　然而，火箭「喝」的煤油不同於一般的煤油，具有密度大、熱值高等特點，經過努力，我國研製出了國產的火箭煤油。

　　長徵-7的液氧和煤油推進劑組合雖然屬於低溫燃料，但可以安全停放24個小時，這樣便可以靈活應對多種發射需求。

　　首創全數位化手段研製

　　長徵-7還是我國首枚採用全數位化手段研製的火箭，即從設計到生產均採用全三維數字平臺，標誌著中國運載火箭邁入了全生命周期數位化的大門，代表了我國近60年運載火箭研製領域的最高水平。

　　長徵-7研製過程中，通過採用三維無圖紙設計/製造技術，打通了從設計到製造的全三維流程；廣泛應用數位化手段，基於統一的三維模型實現了設計、分析、仿真、生產與總裝的數位化研製新模式，建立了標準規範，為其它型號的推廣應用樹立了典範。基於數字模裝及數位化仿真，在設計階段提前發現大量不協調問題並得到及時解決，減小了產品報廢率，縮短了研製流程。

　　長徵-7基本型箭體總長53.1米，芯級直徑3.35米，並聯了4個直徑2.25米的助推器，起飛質量約597噸，起飛推力720噸，近地軌道運載能力13.5噸。

　　未來將成我國火箭發射主力

　　以長徵-7基本型火箭為基礎，可通過調整助推器個數、增加固體助推器、增加上面級、增加氫氧三子級，實現我國新一代中型運載火箭的系列化。例如，可研製太陽同步軌道運載能力4.5噸和地球同步轉移軌道運載能力7噸的中型運載火箭，承擔國內外主流衛星的發射任務。由於該火箭的芯級直徑和助推器直徑分別為3.35米和2.25米，既可以用鐵路進行運輸，也能採取海運方式，所以長徵-7在我國4個發射場都能發射。

　　除了長徵-6、長徵-7火箭以外，我國新一代運載火箭家族中的長徵-5，今年也將使用120噸液氧煤油發動機以及50噸液氫液氧發動機，近地軌道運載能力在25噸。該火箭是新一代大型運載火箭，達到世界一流水平，但技術更為複雜。據悉，中國航天科技集團六院還將進行460噸級等推力更大的液氧煤油發動機的研製，從而建立滿足我國航天事業發展需要的液氧煤油發動機型譜；也將研製推力更大的液氫液氧發動機，它們可用於打造重型運載火箭。

　　預計到2021年火箭各項技術趨於成熟穩定時，長徵-7將逐步替代現有的長徵-2、3、4系列，承擔我國80%左右的發射任務。

　　小貼士

　　防水防風能力長徵家族之最

　　由於長徵-7的首飛是我國運載火箭第一次在新建的低緯度發射場——海南文昌航天發射場發射，所以在長徵-7火箭的設計中，如何適應全新發射場的環境一直是研製人員關注的重點。為此，採取了應對措施，使火箭呈現出以下新面貌。

　　例如，火箭具有防水功能。因為海南發射場氣候潮溼，全年降水量大且溼度高，另外，長徵-7的燃料中有液態氧，它的溫度是-183℃，因此火箭表面會出現水蒸氣凝結的現象。所以長徵-7採用防風防水設計，並滲透到了每個設計細節當中，使長徵-7在中雨時也能發射。

　　另外，火箭能抗8級大風。在內陸戈壁的發射場，風速一般為9米/秒左右，而文昌發射場的風速經常達到20米/秒。為了保證火箭時刻都站得住、站得穩，設計人員專門為它設計了防風減載裝置，可以在8級大風的情況下進行垂直轉運，抗風能力為目前長徵家族之最。

　　延伸閱讀

　　文昌迎來發射「首秀」

　　長徵-7的這次發射也是我國首次啟用新建的海南文昌航天發射場發射。它於2009年9月14日正式開工，2014年10月中旬基本竣工，可以發射長徵-5、長徵-7系列運載火箭，未來將主要承擔貨運飛船、大噸位空間站、地球同步軌道衛星、大質量極軌衛星、深空探測衛星等太空飛行器發射任務。

　　作為低緯度濱海發射基地（發射塔離海僅800米），在海南文昌航天發射場發射運載火箭，相比甘肅酒泉、山西太原、四川西昌等國內其他三個衛星發射中心有幾大明顯優勢：

　　一是運載火箭的射向範圍寬，能夠覆蓋90°至175°，射向1000千米範圍均為海域，可以滿足地球同步軌道衛星、大質量極軌衛星、空間站、深空探測等太空飛行器發射任務。

　　二是火箭發射更安全。由於海南文昌航天發射場建在海邊，從那裡發射的火箭，其發射方向1000千米範圍內是茫茫大海，所以火箭航區、殘骸落區的安全性好，墜落的殘骸不易造成意外。火箭發射後其第一級火箭墜落於南海。而在酒泉、太原、西昌發射中心，每次發射火箭，都要臨時遷移大批居民，以防止第一級火箭墜落時對當地居民的傷害。

　　三是地處低緯、節約能耗。火箭發射場距離赤道越近、緯度越低，發射衛星時就越可藉助接近赤道的較大線速度，以及慣性帶來的離心現象，使火箭燃料消耗大大減少，用同樣燃料可以達到的速度也更快，從而能提高地球同步軌道衛星的運載能力。西昌、太原、酒泉發射場的緯度分別為北緯28°、38°、41°，而海南文昌航天發射場位於北緯19°。據悉，在文昌發射地球同步衛星比在西昌發射火箭的運載能力可提高10%-15%，並且入軌角度比較好，僅在校正夾角上，減少衛星調姿消耗的燃料就可使衛星壽命延長2年以上，效費比高。

　　四是火箭運輸更便利。發射基地選在海南文昌，火箭可以通過海路運輸，火箭的大小就不受鐵路運輸的限制。我國長徵-2、3、4等系列火箭由於受到鐵路運輸的限制，主要是涵洞大小的影響，其組件的最大直徑只能限制在3.5米。今年晚些時候，我國還將在文昌航天發射場首次發射長徵-5新一代大型運載火箭。長徵-5芯級的直徑為5米，用公路、鐵路運輸都難以滿足要求，只能採用海運。海南航天發射場具有年發射能力強的優勢，每年可進行10-12次發射。

　　另外，長徵-7火箭發射點火的剎那，溫度會高達2800℃，和過去主要起支撐作用的鋼製發射平臺不同，海南文昌航天發射場使用的新一代發射平臺裡面裝載著儀器設備，而且也需要多次使用，所以專門採用噴水降溫和塗特種防護塗層等方式，使它防止被高溫摧毀。