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第二章 “長(zhǎng)征”火箭風(fēng)雨砥礪勁且健

問(wèn)鼎太空:中國(guó)航天“天路”征程全記錄 作者:亢建明 著


一、風(fēng)雨“長(zhǎng)征”路

(一)“長(zhǎng)征” 的長(zhǎng)征

中國(guó)人對(duì)“長(zhǎng)征”這兩個(gè)字有一種特殊情結(jié),因?yàn)橐惶岬剿恳粋€(gè)國(guó)人的腦海里肯定會(huì)不約而同地想到兩件事情:一件是70多年前中國(guó)工農(nóng)紅軍走過(guò)的二萬(wàn)五千里的漫漫征途,再一件就是40多年來(lái)不斷將我國(guó)的衛(wèi)星乃至航天員送入太空的“長(zhǎng)征”火箭。

參與“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星研制的老科學(xué)家禹更銘曾說(shuō),我們給中國(guó)生產(chǎn)的運(yùn)載火箭命名為“長(zhǎng)征”,是有多重象征意義的。因?yàn)槲覀兎e極踐行的“航天精神”和“長(zhǎng)征精神”是一脈相承的。不僅如此,紅軍在長(zhǎng)征中那種不怕困難、百折不撓的作風(fēng)一直激勵(lì)著中國(guó)人趨向民族復(fù)興的整個(gè)進(jìn)程。

而我們給中國(guó)生產(chǎn)的運(yùn)載火箭命名為“長(zhǎng)征”,也可以從時(shí)間角度點(diǎn)讀:當(dāng)年紅軍長(zhǎng)征用了兩年多,而“長(zhǎng)征一號(hào)”的研制足足花了12年,這可以算更為艱辛的“長(zhǎng)征”。

我們這里說(shuō)的“12年”,是從1958年算起的。1957年10月,當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星。第二年,也就是1958年5月,毛澤東主席在中國(guó)共產(chǎn)黨八屆二中全會(huì)上提出,“我們也要搞人造地球衛(wèi)星”。

這對(duì)于當(dāng)時(shí)中國(guó)的科學(xué)技術(shù)工業(yè)水平尤其是航天科研工作來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),我國(guó)航天工作者從此走上漫漫“天路”,新中國(guó)的“航天元年”從此開(kāi)啟。

1970年4月24日,我國(guó)成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星——“東方紅一號(hào)”。按時(shí)間先后,我國(guó)是繼蘇、美、法、日之后,世界上第五個(gè)用自制火箭發(fā)射國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星的國(guó)家。

由此算來(lái),經(jīng)過(guò)12年艱辛努力,中國(guó)航天從無(wú)到有,從弱小到強(qiáng)大,成為“太空俱樂(lè)部”中“重戲份一員”。

(二)1958—1967年 使命鑄劍

1956年我國(guó)制定了“自然科學(xué)12年發(fā)展規(guī)劃”,要求完成原子能、噴氣式技術(shù)、電子技術(shù)等57項(xiàng)任務(wù),國(guó)家建立了研究院和部門(mén)。

在蘇聯(lián)幫助下,我國(guó)完成了第一個(gè)五年計(jì)劃,但是科學(xué)技術(shù)工業(yè)的水平要達(dá)到世界最先進(jìn)水平——發(fā)射地球人造衛(wèi)星,差距是巨大的,有許多工作要做,要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的艱苦奮斗、不斷創(chuàng)新,才能夠?qū)崿F(xiàn)這一宏偉的目標(biāo)。

1960年11月5日,我國(guó)近程導(dǎo)彈發(fā)射成功,標(biāo)志著我國(guó)具有生產(chǎn)制造導(dǎo)彈的能力了。這項(xiàng)工作得到了全國(guó)1450個(gè)單位的大力支持。

1962年3月21日,我國(guó)自行設(shè)計(jì)的中近程導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)失敗。技術(shù)失敗的原因,首先是總體設(shè)計(jì)沒(méi)有把導(dǎo)彈看作一個(gè)彈性體;其次是發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有驗(yàn)收鑒定標(biāo)準(zhǔn);其三是沒(méi)有建立系統(tǒng)工程的體制和研制程序(總設(shè)計(jì)師建制和17項(xiàng)地面試驗(yàn)系統(tǒng)工程研制程序)。

1963年4月2日,中國(guó)科學(xué)院年會(huì)召開(kāi),會(huì)議由錢學(xué)森主持,討論通過(guò)了第一研究院(以下簡(jiǎn)稱一院)提出的“地地導(dǎo)彈技術(shù)發(fā)展途徑”,確定了導(dǎo)彈技術(shù)發(fā)展的方向,并提出“八年四彈”實(shí)施步驟,在1971年要完成,即:近程導(dǎo)彈、中程導(dǎo)彈、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈和洲際導(dǎo)彈。1965年8月9日經(jīng)中央專委第十三次會(huì)議批準(zhǔn)。

1964年6月29日,地地中近程導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)成功,標(biāo)志著我國(guó)能自行設(shè)計(jì)導(dǎo)彈。

1965年4月,國(guó)防科委提出了十年內(nèi)我國(guó)航天的奮斗目標(biāo),7月,由中國(guó)科學(xué)院提出發(fā)展我國(guó)人造地球衛(wèi)星規(guī)劃方案。10月至11月,中國(guó)科學(xué)院受國(guó)防科工委的委托召開(kāi)我國(guó)第一顆衛(wèi)星方案討論會(huì)(代號(hào)651),初步確定了衛(wèi)星方案,運(yùn)載火箭的總體設(shè)計(jì)由上海機(jī)電設(shè)計(jì)院承擔(dān)。

1965年6月,中央專委十二次會(huì)議決定將發(fā)射人造地球衛(wèi)星列入國(guó)家計(jì)劃交由七機(jī)部(航天部前身)一院負(fù)責(zé)研制運(yùn)載火箭。為此七機(jī)部調(diào)整部?jī)?nèi)組織結(jié)構(gòu),由7個(gè)研究室擴(kuò)建為11個(gè)研究室,并將此工程命名為 “651工程”。

根據(jù)“651工程”精神,“長(zhǎng)征一號(hào)”的一、二級(jí)采用遠(yuǎn)程導(dǎo)彈原型不做修改,第三級(jí)采用固體火箭。衛(wèi)星和固體火箭包羅在整流罩內(nèi)不受氣流的沖刷和加溫,固體三級(jí)自旋穩(wěn)定(180轉(zhuǎn)/分),二級(jí)關(guān)機(jī)后,以噴射氮?dú)獾淖藨B(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)保持滑行段的穩(wěn)定飛行。

按設(shè)計(jì)要求,“長(zhǎng)征一號(hào)”的起飛重量81.5噸,起飛推力104噸,最大直徑2.25米,箭體長(zhǎng)29.46米,運(yùn)載能力300千克,赤道傾角68.5°。

1969年7月17日,周總理連續(xù)主持研討生產(chǎn)情況,25日在中南海西花廳召集會(huì)議,決定派錢學(xué)森全權(quán)處理有關(guān)一院火箭試車事宜,并要求把參加“長(zhǎng)征一號(hào)”火箭研制工作的29個(gè)單位和3456名工作人員的花名冊(cè)報(bào)總理辦公室存查。

同時(shí),要求所有參加這一工作的人員都要服從指揮,堅(jiān)守崗位。會(huì)后中央專委為“長(zhǎng)征一號(hào)”關(guān)鍵的短線項(xiàng)目開(kāi)具特別公函,不管到全國(guó)哪里求援都能暢通無(wú)阻。周到細(xì)致的保障措施,使“長(zhǎng)征一號(hào)”火箭研制工作順利進(jìn)行。

經(jīng)過(guò)艱苦的努力,遠(yuǎn)程導(dǎo)彈于1970年1月30日取得飛行試驗(yàn)成功,證明設(shè)計(jì)方案是合理的。

1970年2月18日,國(guó)防科委召集相關(guān)部門(mén)和人員研究“651工程”進(jìn)展情況。會(huì)議形成兩項(xiàng)方案:

第一,“過(guò)載開(kāi)關(guān)”。運(yùn)載火箭一、二級(jí)已經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)程導(dǎo)彈飛行試驗(yàn),方案是可行的。如火箭滑行段和三級(jí)固體火箭出現(xiàn)故障,衛(wèi)星墜落,觸及大氣層,會(huì)產(chǎn)生很大過(guò)載,衛(wèi)星上的過(guò)載開(kāi)關(guān)會(huì)切斷播放《東方紅》的樂(lè)曲,這樣可以避免衛(wèi)星唱著《東方紅》樂(lè)曲落地后產(chǎn)生的不良后果。

第二,發(fā)射前請(qǐng)周總理報(bào)告毛主席,批準(zhǔn)發(fā)射播放《東方紅》樂(lè)曲的衛(wèi)星。

此會(huì)后的第二天,中國(guó)首顆人造地球衛(wèi)星成功飛天進(jìn)入倒計(jì)時(shí):

1970年2月24日,“長(zhǎng)征一號(hào)”合練彈出廠。

1970年3月26日,用來(lái)發(fā)射“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星的“長(zhǎng)征一號(hào)”火箭出廠。

1970年4月14日,周總理在人民大會(huì)堂福建廳聽(tīng)取了“長(zhǎng)征一號(hào)”技術(shù)情況測(cè)試檢查情況、“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星測(cè)試檢查情況以及發(fā)射準(zhǔn)備情況。16日,周總理同意摘掉過(guò)載開(kāi)關(guān),批準(zhǔn)“長(zhǎng)征一號(hào)”火箭轉(zhuǎn)往發(fā)射陣地。

1970年4月20日,周總理通過(guò)國(guó)防科委轉(zhuǎn)告前方陣地執(zhí)行任務(wù)的同志:“安全可靠,萬(wàn)無(wú)一失,準(zhǔn)確入軌,及時(shí)報(bào)告?!?/p>

1970年4月23日,毛主席批準(zhǔn)發(fā)射我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星——“東方紅一號(hào)”。

1970年4月24日,下達(dá)15分鐘準(zhǔn)備口令時(shí),郭清團(tuán)長(zhǎng)傳達(dá)周總理指示:“工作要準(zhǔn)確,不要慌張,要沉著謹(jǐn)慎地把工作做好。”

1970年4月24日21時(shí)35分44秒,“長(zhǎng)征一號(hào)”載著“東方紅一號(hào)”升空。

21時(shí)45分23秒衛(wèi)星入軌?!稏|方紅》樂(lè)曲響徹寰宇,震動(dòng)了世界!

(三)1967—1999年 砥礪磨劍

在“長(zhǎng)征一號(hào)”成功發(fā)射之后,中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院又成功研制了我國(guó)的第一個(gè)大型液體運(yùn)載火箭——“長(zhǎng)征二號(hào)”。

“長(zhǎng)征二號(hào)”火箭共兩級(jí),推進(jìn)劑采用四氧化二氮/偏二甲肼,低軌道的運(yùn)載能力為1800千克。

1974年11月5日,“長(zhǎng)征二號(hào)”火箭首次發(fā)射。但由于一根控制信號(hào)導(dǎo)線折斷,火箭在起飛20 秒以后姿態(tài)失穩(wěn),火箭自毀。一年以后,“長(zhǎng)征二號(hào)”火箭執(zhí)行第二次發(fā)射任務(wù),發(fā)射取得圓滿成功。準(zhǔn)確送入軌道的是我國(guó)發(fā)射的第一顆返回式衛(wèi)星。

后來(lái),我國(guó)“長(zhǎng)征二號(hào)”火箭在1976年12月7日以及1978年1月26日又進(jìn)行了兩次發(fā)射,均獲得成功。

總體看,“長(zhǎng)征二號(hào)”共進(jìn)行了4次發(fā)射,除了第一次發(fā)射失敗以外,其余3次均獲得圓滿成功。

在“長(zhǎng)征二號(hào)”連續(xù)發(fā)射3次成功以后,我國(guó)又在該火箭的基礎(chǔ)上,研制成功了“長(zhǎng)征二號(hào)丙”,研制單位仍是中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院。

自1980年開(kāi)始,在連續(xù)3個(gè)批次中,“長(zhǎng)征二號(hào)丙”火箭不斷得到設(shè)計(jì)改進(jìn),其運(yùn)載能力得到了逐步提高,由“長(zhǎng)征二號(hào)”的1800千克提高到最后的3000千克。

在 1982年9月至1992年10月的10年間,“長(zhǎng)征二號(hào)丙”火箭連續(xù)發(fā)射11次,全部成功,把12顆衛(wèi)星準(zhǔn)確送入軌道,其中有一顆為瑞典的搭載衛(wèi)星。

1992年底,為了發(fā)射美國(guó)摩托羅拉公司的銥衛(wèi)星,研制部門(mén)對(duì)“長(zhǎng)征二號(hào)丙”做了進(jìn)一步的設(shè)計(jì)改進(jìn),采用了固體上面級(jí)以及一個(gè)衛(wèi)星分配器,加有上面級(jí)的“長(zhǎng)征二號(hào)丙”火箭在1997年9月1日進(jìn)行了模擬發(fā)射,兩顆模擬衛(wèi)星準(zhǔn)確入軌,試驗(yàn)發(fā)射取得了成功。

1997年12月8日,我國(guó)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征二號(hào)丙改”火箭成功地將兩顆銥衛(wèi)星送入預(yù)定軌道,首次正式發(fā)射取得圓滿成功。

之后,上海航天局在“長(zhǎng)征二號(hào)丙”的基礎(chǔ)上又成功研制出了“長(zhǎng)征二號(hào)丁”火箭,“長(zhǎng)征二號(hào)丁”火箭仍為二級(jí)火箭。主要用于發(fā)射返回式科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星,從1992年8月9日首次發(fā)射至1996年10月20日,“長(zhǎng)征二號(hào)丁”火箭共發(fā)射3次,均獲得成功。

隨著國(guó)際發(fā)射服務(wù)市場(chǎng)需要,中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院于1986年提出了研制“長(zhǎng)征二號(hào)”捆綁式火箭(即“長(zhǎng)征二號(hào)E”)的方案,即芯級(jí)采用二級(jí)火箭,在“長(zhǎng)征二號(hào)丙”的基礎(chǔ)上捆綁4個(gè)液體助推器,將低軌道的運(yùn)載能力提高到9200千克。

1988年11月,長(zhǎng)城公司與美國(guó)休斯公司簽訂發(fā)射服務(wù)合同,利用“長(zhǎng)征二號(hào)”捆綁式火箭發(fā)射“澳星B1”衛(wèi)星。為了確保合同履行,有關(guān)部門(mén)僅用了18 個(gè)月的時(shí)間就完成了“長(zhǎng)二捆”火箭的設(shè)計(jì)生產(chǎn),于1990年7月16日進(jìn)行了首次飛行試驗(yàn),把一顆模擬衛(wèi)星和一顆巴基斯坦搭載衛(wèi)星準(zhǔn)確地送入軌道。

1992年3月22日,“長(zhǎng)征二號(hào)”捆綁式火箭正式發(fā)射“澳星B1”衛(wèi)星,由于箭上程序配電器的節(jié)點(diǎn)間出現(xiàn)了多余物,導(dǎo)致點(diǎn)火后一、三號(hào)助推發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī),造成發(fā)射中止。

中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院進(jìn)行了一系列的整頓,吸取教訓(xùn),嚴(yán)格管理,于同年8月14 日,再一次組織發(fā)射,取得了成功。

“長(zhǎng)征二號(hào)”捆綁式火箭首次采用助推器捆綁分離技術(shù),大幅度提高了火箭的運(yùn)載能力,也為以后的“長(zhǎng)征三號(hào)乙”火箭的研制打下了基礎(chǔ)。到1995年12月28日,“長(zhǎng)征二號(hào)”捆綁式火箭共進(jìn)行了7次發(fā)射,在第3次和第5次發(fā)射中,均出現(xiàn)衛(wèi)星爆炸。在隨后的故障調(diào)查公報(bào)中,認(rèn)為故障的出現(xiàn)是由于星箭雙方的技術(shù)協(xié)調(diào)不徹底,存有隱患,雙方均應(yīng)采取措施,分別加強(qiáng)衛(wèi)星和整流罩的設(shè)計(jì)。中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院認(rèn)真總結(jié),從故障中學(xué)習(xí),進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了高空風(fēng)修正問(wèn)題。在以后的第6次和第7次發(fā)射中,“長(zhǎng)征二號(hào)”捆綁式火箭均取得成功。

在當(dāng)時(shí),“長(zhǎng)征二號(hào)”捆綁式火箭是我國(guó)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng),用于低軌道發(fā)射任務(wù)的主要火箭。

“長(zhǎng)征三號(hào)”是在“長(zhǎng)征二號(hào)”的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的三級(jí)火箭,可以把1600千克的有效載荷直接送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。

“長(zhǎng)征三號(hào)”充分繼承了已有長(zhǎng)征火箭的成熟技術(shù),它的一、二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)采用“長(zhǎng)征二號(hào)丙”的一、二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī),三級(jí)則采用世界上最先進(jìn)的液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)。

“長(zhǎng)征三號(hào)”是我國(guó)首次使用液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)的火箭。為了解決液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)的高空二次啟動(dòng)等技術(shù)難題,負(fù)責(zé)火箭設(shè)計(jì)的中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院在正式發(fā)射前進(jìn)行了大量試驗(yàn),終于使我國(guó)成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的國(guó)家之一,為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更大推力的火箭打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1990年4月7日,“長(zhǎng)征三號(hào)”火箭在其第7次發(fā)射中,成功地將“亞星一號(hào)”衛(wèi)星送入預(yù)定軌道,這是我國(guó)發(fā)射的第一顆國(guó)外衛(wèi)星,標(biāo)志著中國(guó)正式進(jìn)入國(guó)際商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場(chǎng)。

到目前為止,“長(zhǎng)征三號(hào)”火箭共完成了12次發(fā)射,其中第1、8、11次發(fā)射均因三級(jí)液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)題而使得衛(wèi)星沒(méi)有進(jìn)入最終的同步轉(zhuǎn)移軌道,導(dǎo)致失敗,其余的9次均獲得成功。 在經(jīng)歷了第11次發(fā)射的失敗以后,中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院認(rèn)真分析火箭飛行暴露出的問(wèn)題,并改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1997年6月10日,在“長(zhǎng)征三號(hào)”的第12次發(fā)射中,成功地將我國(guó)的“風(fēng)云二號(hào)”氣象衛(wèi)星送入預(yù)定軌道?!伴L(zhǎng)征三號(hào)”火箭是我國(guó)目前進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)、用于同步轉(zhuǎn)移軌道輕型衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)的主要火箭之一。

“長(zhǎng)征三號(hào)甲”火箭是在“長(zhǎng)征三號(hào)”成功之后新研制的大型三級(jí)火箭,其各方面的技術(shù)性能比“長(zhǎng)征三號(hào)”都有較大幅度的提高。

目前“長(zhǎng)征三號(hào)甲”火箭主要承擔(dān)國(guó)內(nèi)衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù),但其優(yōu)秀的實(shí)際飛行成績(jī)已經(jīng)引起了國(guó)際航天界以及商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射市場(chǎng)的普遍重視。

“長(zhǎng)征三號(hào)乙”火箭是以“長(zhǎng)征三號(hào)甲”為芯級(jí),采用“長(zhǎng)征二號(hào)”捆綁式火箭的助推器捆綁與分離技術(shù)研制而成的我國(guó)目前推力最大的運(yùn)載火箭,它可以把5000千克的有效載荷直接送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道,這一運(yùn)載能力高于歐洲阿里安航天公司的“阿里安44L”型火箭。

與“長(zhǎng)征三號(hào)甲”火箭相同,“長(zhǎng)征三號(hào)乙”火箭也采用大推力的三級(jí)液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī),慣性組合采用四軸撓性平臺(tái)。

“長(zhǎng)征三號(hào)乙”火箭的研制,引起了國(guó)際航天界的普遍關(guān)注。國(guó)際通信衛(wèi)星組織在組織發(fā)射第7、8代衛(wèi)星時(shí),就選擇了尚在研制中的“長(zhǎng)征三號(hào)乙”火箭,選定用“長(zhǎng)征三號(hào)乙”火箭發(fā)射該組織的“708”衛(wèi)星,并在這之后再發(fā)射“804”、“805”衛(wèi)星。

“長(zhǎng)征三號(hào)乙”火箭的首次發(fā)射是在1996年2月15日。由于一個(gè)電子元器件的失效,使得慣性基準(zhǔn)傾斜,火箭按錯(cuò)誤的姿態(tài)信號(hào)進(jìn)行姿態(tài)矯正,導(dǎo)致火箭在飛行22秒以后,觸地爆炸,星箭俱毀,發(fā)射失敗。

在首飛失敗以后,中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院用了半年多的時(shí)間來(lái)進(jìn)行故障調(diào)查、試驗(yàn)驗(yàn)證等工作,在調(diào)查分析工作每取得一定階段性進(jìn)展的時(shí)候,都及時(shí)向關(guān)心長(zhǎng)征火箭的外界用戶做了介紹,最終的結(jié)論也得到了國(guó)際航天保險(xiǎn)界、衛(wèi)星生產(chǎn)商以及用戶的廣泛認(rèn)可。

1997年8月20日,“長(zhǎng)征三號(hào)乙”火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射由美國(guó)勞拉公司生產(chǎn)的“馬部海”衛(wèi)星取得成功。

10月17日,“長(zhǎng)征三號(hào)乙”火箭又把勞拉公司生產(chǎn)的“亞太2R”衛(wèi)星非常精確地送入了預(yù)定軌道,發(fā)射取得圓滿成功。根據(jù)已經(jīng)簽訂的發(fā)射服務(wù)合同,“長(zhǎng)征三號(hào)乙”火箭還將發(fā)射“中衛(wèi)1號(hào)”衛(wèi)星、“鑫諾”衛(wèi)星、“中星8號(hào)”衛(wèi)星。

這3顆衛(wèi)星分別由美國(guó)洛克西德·馬丁公司、法國(guó)宇航公司和美國(guó)勞拉空間系統(tǒng)公司生產(chǎn)。

在研制“長(zhǎng)征三號(hào)乙”的同時(shí),中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院還研制了另外一種型號(hào)——“長(zhǎng)征三號(hào)丙”火箭?!伴L(zhǎng)征三號(hào)丙”火箭也是采用“長(zhǎng)征三號(hào)甲”火箭作為芯級(jí),但在一級(jí)周圍只捆綁了兩個(gè)助推器,其他部分基本與“長(zhǎng)征三號(hào)甲”火箭相同,其同步轉(zhuǎn)移軌道的運(yùn)載能力為3700千克。

作為發(fā)射地球同步軌道衛(wèi)星的備份方案火箭,上海航天局自1979年起用了10年的時(shí)間成功研制了“長(zhǎng)征四號(hào)”火箭。它的三級(jí)全都采用常溫液體推進(jìn)劑(四氧化二氮與偏二甲肼)。

1988年9月7日,“長(zhǎng)征四號(hào)”在太原發(fā)射中心成功發(fā)射了我國(guó)的第一顆試驗(yàn)氣象衛(wèi)星。兩年后,“長(zhǎng)征四號(hào)”又一次成功發(fā)射了氣象實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星?!伴L(zhǎng)征四號(hào)”火箭共發(fā)射兩次,均取得成功。

“長(zhǎng)征四號(hào)”的成功發(fā)射,對(duì)中國(guó)航天科技發(fā)展有重大戰(zhàn)略意義。一方面,它標(biāo)志著中國(guó)航天在太空領(lǐng)域科學(xué)研究的重大突破;另一方面,它更為中國(guó)增加了太空“技術(shù)話語(yǔ)權(quán)”。

(四)1999—2006年 精彩亮劍

在20世紀(jì)末10年到21世紀(jì)初10年間,國(guó)際航天發(fā)射市場(chǎng)漸趨火熱,為了招攬外星發(fā)射任務(wù),中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研制了“長(zhǎng)征三號(hào)乙”捆綁式運(yùn)載火箭,它的芯級(jí)就是一枚“長(zhǎng)征三號(hào)甲”火箭,四枚液體助推器的組成布局和“長(zhǎng)征二號(hào)E”火箭相同。

“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)載火箭的同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力增加到5噸,可以發(fā)射主流的靜止軌道通信衛(wèi)星。

取得這些標(biāo)志性的技術(shù)突破后,中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院繼續(xù)改進(jìn)“長(zhǎng)征二號(hào)丙”運(yùn)載火箭,將近地軌道運(yùn)載能力提高到3噸。

為了滿足更大重量衛(wèi)星的發(fā)射需求,中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研制了捆綁兩枚液體助推器的“長(zhǎng)征三號(hào)丙”運(yùn)載火箭,同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力提高到3.8噸,填補(bǔ)了“長(zhǎng)征三號(hào)甲”和“長(zhǎng)征三號(hào)乙”之間運(yùn)載能力的空白,此后中國(guó)的“嫦娥二號(hào)”月球探測(cè)器就使用“長(zhǎng)征三號(hào)丙”運(yùn)載火箭實(shí)施航天發(fā)射。

上海航天局進(jìn)一步研制出“長(zhǎng)征四號(hào)乙”和“長(zhǎng)征四號(hào)丙”運(yùn)載火箭,尤其是“長(zhǎng)征四號(hào)丙”運(yùn)載火箭使用了二次啟動(dòng)的YF-40A發(fā)動(dòng)機(jī),顯著提高了太陽(yáng)同步軌道的運(yùn)載能力,900千米軌道運(yùn)載能力增加到2.6噸。上海航天局還將“長(zhǎng)征四號(hào)甲”火箭去掉第三級(jí),衍生出“長(zhǎng)征二號(hào)丁”運(yùn)載火箭用于近地軌道發(fā)射,其運(yùn)載能力達(dá)到了3.1噸。

有媒體對(duì)此評(píng)論指出,中國(guó)航天事業(yè)尤其是運(yùn)載火箭數(shù)十年來(lái)的成績(jī),在發(fā)展中國(guó)家中可以說(shuō)是獨(dú)一無(wú)二的。

從國(guó)際上看,印度迄今為止研制使用的“PSLV”和“GSLV”火箭,其同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力分別只有1.2噸和2噸,以運(yùn)載能力衡量,相當(dāng)于中國(guó)20年前的水平。

至于另一個(gè)發(fā)展中國(guó)家巴西,甚至沒(méi)有一次成功地發(fā)射運(yùn)載火箭。而伊朗也成功地發(fā)射了兩顆衛(wèi)星,但運(yùn)載火箭的技術(shù)檔次和運(yùn)載能力尚不及中國(guó)“長(zhǎng)征一號(hào)”運(yùn)載火箭的水平。

不過(guò),相對(duì)美國(guó)、俄羅斯、歐洲和日本等國(guó)家,中國(guó)運(yùn)載火箭的技術(shù)和運(yùn)載能力就要相形見(jiàn)絀了。

美國(guó)在20世紀(jì)60年代就研制了近地軌道運(yùn)載能力118噸的“土星5號(hào)”運(yùn)載火箭,1965年開(kāi)始發(fā)射的“大力神3C”火箭的近地軌道運(yùn)載能力就達(dá)到了13噸。他們?cè)?0世紀(jì)70年代研制的航天飛機(jī)軌道器具有將29噸有效載荷送入太空的能力,此外,美國(guó)空軍20世紀(jì)80年代還研制了近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到21噸的“大力神4”火箭,使其作為航天飛機(jī)不能滿足軍用任務(wù)時(shí)的備份。

作為冷戰(zhàn)時(shí)代針?shù)h相對(duì)的對(duì)手蘇聯(lián),雖然其近百噸運(yùn)載能力的N1火箭研制失敗,但1965年的“質(zhì)子號(hào)”運(yùn)載能力達(dá)到了12.25噸,隨后1968年三級(jí)火箭結(jié)構(gòu)的質(zhì)子火箭投入使用,近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到了21噸。

冷戰(zhàn)結(jié)束后,國(guó)際航天界普遍認(rèn)為會(huì)迎來(lái)靜止軌道通信衛(wèi)星應(yīng)用的大爆發(fā),因此美國(guó)、歐洲和日本都競(jìng)相發(fā)展新一代運(yùn)載火箭,俄羅斯和中國(guó)則將發(fā)射報(bào)價(jià)低廉的質(zhì)子火箭和“長(zhǎng)征三號(hào)”火箭投入市場(chǎng)。美國(guó)研制航天飛機(jī)降低發(fā)射費(fèi)用的努力失敗。

1986年“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)事故后美國(guó)空軍和航天局分道揚(yáng)鑣,并在20世紀(jì)90年代主導(dǎo)研制了漸進(jìn)一次性運(yùn)載火箭(EELV)。

EELV包含兩種運(yùn)載火箭,分別是“宇宙神5”和“德?tīng)査?”,在2002年和2003年先后投入使用,服役型號(hào)的最大運(yùn)載能力分別是近地軌道19噸和22.5噸,同步轉(zhuǎn)移軌道8.7噸和13噸。歐洲航天局新研制的“阿里安5”運(yùn)載火箭于1996年首次發(fā)射,其同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力約6.2噸,近地軌道運(yùn)載能力約16噸。

日本宇宙開(kāi)發(fā)集團(tuán)(NASDA)研制的“H—II”型運(yùn)載火箭于1994年首次發(fā)射,“H—II”火箭在近地軌道運(yùn)載能力約10噸。

為了發(fā)射國(guó)際空間站所用的“H—II”火箭轉(zhuǎn)移飛行器,日本進(jìn)一步研制了“H—IIB”火箭,其同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力達(dá)到了8噸,國(guó)際空間站軌道運(yùn)載能力約16.5噸。

總地講,美、歐、日新一代運(yùn)載火箭徹底擺脫了彈道導(dǎo)彈技術(shù)的影子,是為航天發(fā)射尤其是商業(yè)發(fā)射專門(mén)研制的運(yùn)載火箭,具有通用化、組合化和系列化的特點(diǎn),不僅使用了各種新技術(shù),還顯著降低了發(fā)射費(fèi)用。

俄羅斯的“質(zhì)子號(hào)”火箭在運(yùn)載能力上可與美、歐、日的新一代火箭相媲美,但發(fā)射報(bào)價(jià)要低得多。相比之下中國(guó)運(yùn)載火箭就要遜色得多,1997年首次發(fā)射成功的“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)載火箭的同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力僅有5.1噸,即使后來(lái)者“長(zhǎng)征二號(hào)E”火箭的近地軌道運(yùn)載能力也僅有9.2噸,與世界主流水平拉開(kāi)了一些差距。

為了追趕國(guó)際先進(jìn)水平,中國(guó)航天部門(mén)展開(kāi)了新一代運(yùn)載火箭的研究,著力瞄準(zhǔn)無(wú)毒、無(wú)污染、高性能、低成本和大推力的大型液體運(yùn)載火箭的研制,其設(shè)計(jì)思想以通用化、系列化、組合化為重點(diǎn),采用“一級(jí)半”或“二級(jí)半”結(jié)構(gòu),運(yùn)載能力將達(dá)到近地軌道25噸,地球同步轉(zhuǎn)移軌道24噸,這將會(huì)大大超過(guò)世界同類衛(wèi)星運(yùn)載工具的物理性能,進(jìn)而在茫茫蒼穹精彩亮劍。

二、蒼穹大點(diǎn)兵

(一)世界運(yùn)載火箭第一方陣全觀察

運(yùn)載火箭是當(dāng)今人類航天科技及航天工業(yè)的核心技術(shù)和主要航天運(yùn)載器,是一國(guó)航天能力的重要標(biāo)志。

50年前,美國(guó)和蘇聯(lián)是世界上僅有的兩個(gè)擁有運(yùn)載火箭的國(guó)家。20年前,具有經(jīng)常性火箭發(fā)射能力的只有美國(guó)、蘇聯(lián)、歐洲和中國(guó)。而今天,自行開(kāi)展航天發(fā)射的國(guó)家已是那時(shí)的將近兩倍。今后5年里,超過(guò)15個(gè)國(guó)家共計(jì)劃開(kāi)展100多項(xiàng)航天任務(wù)。據(jù)預(yù)測(cè),2008—2017年間,全球共將生產(chǎn)一次性運(yùn)載火箭630多枚。

中國(guó)近年來(lái)在火箭發(fā)射次數(shù)上趕超了歐洲,尤其是“長(zhǎng)征二號(hào)F”火箭已經(jīng)成為目前全球僅有的三種軌道載人運(yùn)載器之一。

現(xiàn)實(shí)地看,中國(guó)的運(yùn)載火箭可靠性比較高,但在推力能夠滿足現(xiàn)有計(jì)劃的情況下,中國(guó)仍未制訂任何研發(fā)大推力火箭的計(jì)劃。這使得中國(guó)火箭的運(yùn)載能力與歐美火箭強(qiáng)國(guó)存在相當(dāng)大的差距。而這一現(xiàn)狀有望在海南文昌發(fā)射基地建成之后改變。

目前中國(guó)“長(zhǎng)征二號(hào)F”火箭近地軌道荷載能力約8噸,而歐美大推力火箭這一數(shù)據(jù)均超20噸。

中外主要運(yùn)載火箭數(shù)據(jù)對(duì)比

從上表數(shù)據(jù)中可以看出,中國(guó)的運(yùn)載火箭優(yōu)點(diǎn)是可靠性不錯(cuò),發(fā)射記錄良好(但是沒(méi)有經(jīng)過(guò)大密度發(fā)射的考驗(yàn));缺點(diǎn)是運(yùn)載能力比較小——中國(guó)暫未制訂任何發(fā)展大推力火箭的計(jì)劃。這使得中國(guó)火箭推力與歐美火箭超過(guò)20噸級(jí)的推力相比,仍存在相當(dāng)大的差距。

另?yè)?jù)有關(guān)資料,自20世紀(jì)60年代至今的半個(gè)多世紀(jì)時(shí)間里,全球共進(jìn)行了大約4500多次軌道發(fā)射,把1萬(wàn)余個(gè)衛(wèi)星、飛船、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、探測(cè)器、著陸器和其他航天器送上各類飛行軌道、地外星球,涉及從地球軌道任務(wù)到太陽(yáng)系以外的任務(wù)等各類任務(wù),其中約有290余項(xiàng)為載人航天任務(wù)。

圖2-1 各國(guó)1999—2008年間成功進(jìn)行的軌道發(fā)射

統(tǒng)計(jì)表明,在21世紀(jì)頭10年中,各國(guó)在太空領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。其中,除了處于第一梯隊(duì)的俄、美外,處于第二梯隊(duì)的中、歐、印、日等國(guó)的太空發(fā)展步伐已逐步加快。

據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2013年,已研制出航天運(yùn)載火箭的國(guó)家有13個(gè),即中國(guó)、法國(guó)、印度、伊朗、以色列、意大利、日本、朝鮮、俄羅斯、韓國(guó)、烏克蘭、英國(guó)和美國(guó)。其中,意大利和英國(guó)已放棄了獨(dú)立的運(yùn)載計(jì)劃,烏克蘭已暫停了其計(jì)劃,朝鮮和韓國(guó)還正在期待實(shí)現(xiàn)成功的發(fā)射。這樣正在從事發(fā)射活動(dòng)且能將有效載荷送入軌道的國(guó)家就只有8個(gè)。還有一些國(guó)家已表達(dá)了發(fā)展本國(guó)運(yùn)載能力的意愿,如巴西在過(guò)去10年里開(kāi)展了一些運(yùn)載火箭研制工作。

綜合看來(lái),美國(guó)、俄羅斯在運(yùn)載火箭技術(shù)上,略勝其他國(guó)家一籌,目前世界上僅有的三種軌道載人運(yùn)載器,就是分別來(lái)自美、俄的航天飛機(jī)、“聯(lián)盟號(hào)”火箭以及中國(guó)的“長(zhǎng)征二號(hào)F”火箭,而中國(guó)、歐空局、日本等國(guó)家也有較長(zhǎng)的運(yùn)載火箭發(fā)射歷史,印度、韓國(guó)、巴西等國(guó)家正在積極發(fā)展。

圖2-2 各國(guó)1999—2008年間成功進(jìn)行的軌道航天器發(fā)射次數(shù)份額情況

以下我們對(duì)上述國(guó)家和聯(lián)合體的運(yùn)載火箭做一個(gè)簡(jiǎn)單的比較。

1.中國(guó):近年發(fā)射次數(shù)趕超歐洲

經(jīng)過(guò)幾代航天人半個(gè)世紀(jì)的研發(fā)歷程,中國(guó)的“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭已逐步發(fā)展成多發(fā)射任務(wù)需求、4個(gè)系列12個(gè)不同型號(hào)的大家族。其中有最早研制成功、發(fā)射我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”的“長(zhǎng)征一號(hào)”火箭;多次投入國(guó)內(nèi)外發(fā)射市場(chǎng)、為12個(gè)國(guó)家成功發(fā)射了42顆衛(wèi)星的“長(zhǎng)征二號(hào)C”與“ 長(zhǎng)征二號(hào)”捆綁式和“長(zhǎng)征二號(hào)A”系列火箭,已實(shí)現(xiàn)3次載人航天、將6位中國(guó)航天員送入太空的“長(zhǎng)征二號(hào)F”火箭以及正在研制的新一代運(yùn)載火箭“長(zhǎng)征五號(hào)”“長(zhǎng)征六號(hào)”等。

中國(guó)近年來(lái)在發(fā)射次數(shù)上趕超了歐洲,主要是有國(guó)產(chǎn)有效載荷的需求和有競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)際商業(yè)發(fā)射定價(jià)模式作保障。

目前,長(zhǎng)征系列已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從常溫推進(jìn)到低溫推進(jìn)、從串聯(lián)到捆綁、從一箭單星到一箭多星、從發(fā)射衛(wèi)星到發(fā)射載人飛船的技術(shù)跨越,成為國(guó)際宇航市場(chǎng)上知名的高科技品牌。

隨著“鑫諾六號(hào)”衛(wèi)星的成功發(fā)射,長(zhǎng)征火箭完成了它的第129次完美飛行。從以前的幾個(gè)月發(fā)射一次,到如今的二十幾天就要完成一次發(fā)射。在未來(lái)五年,我國(guó)還將發(fā)射大約100顆衛(wèi)星,這對(duì)于長(zhǎng)征火箭來(lái)說(shuō),既是一個(gè)巨大的市場(chǎng),同時(shí)也是進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化時(shí)代的一個(gè)新挑戰(zhàn)。

此后發(fā)射“嫦娥二號(hào)”奔赴月球的“長(zhǎng)征三號(hào)丙”火箭由三級(jí)液體火箭捆綁兩個(gè)助推器組成,這種獨(dú)特的“非全對(duì)稱”火箭在“長(zhǎng)征”系列里是唯一的。其靜地轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力為3.8噸,全箭起飛重量為345噸,全長(zhǎng)54.838米,不僅比發(fā)射“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星的“長(zhǎng)征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭高出了2米多,其運(yùn)載能力也提高了1.2噸,能直接將“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星送入地月轉(zhuǎn)移軌道,節(jié)省奔月時(shí)間。目前,“長(zhǎng)征三號(hào)丙”運(yùn)載火箭已正式投入國(guó)際衛(wèi)星商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場(chǎng)。

同時(shí),基于世界航天科技發(fā)展趨勢(shì)需要,中國(guó)正在研制的新一代無(wú)毒無(wú)污染重型運(yùn)載火箭——“長(zhǎng)征五號(hào)”系列,其運(yùn)載能力與歐洲“阿麗亞娜5”基本同級(jí)。在設(shè)計(jì)理念上,“長(zhǎng)征五號(hào)”實(shí)行模塊化設(shè)計(jì),由直徑為5米、3.35米和2.25米的三種模塊構(gòu)成,可以根據(jù)需要把不同模塊組裝成不同推力的火箭,以執(zhí)行不同的任務(wù)。

按計(jì)劃,“長(zhǎng)征五號(hào)”運(yùn)載火箭將在海南文昌航天發(fā)射基地起飛,能把1.8噸至14噸的有效載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道,可發(fā)射20噸級(jí)長(zhǎng)期有人照料的空間站、大型空間望遠(yuǎn)鏡、返回式月球探測(cè)器、深空探測(cè)器、超重型應(yīng)用衛(wèi)星等。

2.俄羅斯:發(fā)射次數(shù)絕對(duì)領(lǐng)先

盡管其航天工業(yè)的總體狀況堪憂,但俄羅斯在總體發(fā)射次數(shù)上仍占據(jù)著絕對(duì)領(lǐng)先地位。僅2009年,俄羅斯就有7種不同的火箭進(jìn)行了29次發(fā)射,延續(xù)了其航天大國(guó)的悠久歷史。

值得一提的是,“聯(lián)盟號(hào)”和“聯(lián)盟2”火箭是1957年10月4日把世界上首顆衛(wèi)星“Sputnik-1”送入軌道的首枚軌道運(yùn)載火箭“R-7”的后代。算上“聯(lián)盟號(hào)”的所有型號(hào),該系列火箭已進(jìn)行了1735次以上的發(fā)射,使其成為世界上迄今使用最頻繁的火箭。

目前,“聯(lián)盟號(hào)”火箭的主要任務(wù)包括為國(guó)際空間站運(yùn)送人員和貨物。在航天飛機(jī)退役和美國(guó)新的載人發(fā)射系統(tǒng)投入使用之間的時(shí)段里,“聯(lián)盟號(hào)”預(yù)計(jì)將成為能向國(guó)際空間站運(yùn)送機(jī)組成員的唯一運(yùn)載器。

“質(zhì)子號(hào)”是俄現(xiàn)役運(yùn)載火箭中最大的一種。它最早是作為一種用于攜帶熱核武器的洲際彈道導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的,1965年首次投入使用后,又承擔(dān)起新的任務(wù),并成為蘇聯(lián)及現(xiàn)俄羅斯的主力重型運(yùn)載火箭。

近年來(lái),“質(zhì)子號(hào)”一直在同時(shí)用于發(fā)射俄政府有效載荷和商業(yè)通信衛(wèi)星?!百|(zhì)子號(hào)”的增強(qiáng)型號(hào)“質(zhì)子M”配備了更高效的發(fā)動(dòng)機(jī),能從拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)把世界上最大的通信衛(wèi)星送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。

3.美國(guó):“戰(zhàn)神”系列火箭可能接替航天飛機(jī)

美國(guó)宇航局(NASA)在歷史上曾經(jīng)制造出“土星”這樣用于登月計(jì)劃的重型火箭。依靠軍事銷售,美國(guó)發(fā)射業(yè)仍然具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力,但越來(lái)越多地受到來(lái)自印度、歐洲和中國(guó)等后起之秀的挑戰(zhàn)。

與別國(guó)不同的是,美國(guó)擁有航天飛機(jī)作為航天運(yùn)載器,其研發(fā)機(jī)構(gòu)“NASA”已宣布退役,并已開(kāi)始研制兩種新的運(yùn)載器,以用于取代航天飛機(jī)。

2009年10月,美國(guó)對(duì)新型的“戰(zhàn)神1號(hào)”(Ares I)火箭進(jìn)行了測(cè)試發(fā)射,“戰(zhàn)神1號(hào)”火箭是自 1981 年的航天飛機(jī)計(jì)劃以來(lái)“NASA”研發(fā)的第一枚新設(shè)計(jì)的火箭。

“戰(zhàn)神”系列運(yùn)載火箭計(jì)劃中包含“戰(zhàn)神1號(hào)”“戰(zhàn)神4號(hào)”和“戰(zhàn)神5號(hào)”運(yùn)載火箭,是航天飛機(jī)退役后接替發(fā)射任務(wù)的火箭。

其中,“戰(zhàn)神1號(hào)”運(yùn)載火箭屬載人性質(zhì),計(jì)劃運(yùn)載“獵戶座”飛船運(yùn)送宇航員,其他兩者為向月球運(yùn)載相關(guān)器材等設(shè)備。

“戰(zhàn)神5號(hào)”重型火箭是為支持飛往月球等深空探測(cè)任務(wù)而提出的,預(yù)計(jì)首次試飛將會(huì)在2018年前后進(jìn)行。

4.歐洲:商業(yè)運(yùn)載火箭荷載紀(jì)錄保持者

“阿麗亞娜”火箭是歐洲空間局自行研制的可拋式發(fā)射系統(tǒng)(Expendable launch system)的“鎮(zhèn)店之寶”,迄今為止已有五種基本型和多種改進(jìn)型火箭。作為歐洲聯(lián)盟各國(guó)或其他國(guó)家發(fā)射衛(wèi)星至太空中的媒介工具,其名稱來(lái)自神話人物“阿麗雅杜妮”(以法語(yǔ)發(fā)音)。該型火箭的發(fā)射場(chǎng)地位于圭亞那太空中心,于1979年12月24日首次發(fā)射成功。1980年“阿麗亞娜”航太公司(Arianespace SA)成立,接手阿麗亞娜計(jì)劃中火箭建造、操作與商業(yè)營(yíng)運(yùn)等方面的事務(wù)。

早期的“阿麗亞娜”運(yùn)載火箭都有失敗的記錄(“阿麗亞娜-1”“阿麗亞娜-2”和“阿麗亞娜-3”),但“阿麗亞娜-4”及“阿麗亞娜-5”運(yùn)載火箭最為可靠。

其中,“阿麗亞娜-5”運(yùn)載火箭可運(yùn)送大型載荷。尤其是“阿麗亞娜-5”ECA型運(yùn)載火箭于2007年5月4日創(chuàng)下了商業(yè)載荷的新紀(jì)錄,發(fā)射了兩枚總重9.4噸的衛(wèi)星。

另外,為了滿足小型衛(wèi)星、科學(xué)任務(wù)與對(duì)地觀測(cè)任務(wù),歐空局還在研制能將1.5噸有效載荷送入低極地軌道(300—500千米)的“織女星”運(yùn)載火箭。

5.日本:低軌道發(fā)射能力兩倍于中國(guó)

日本目前現(xiàn)役的運(yùn)載火箭主要是“H2”火箭,這是在“H1”型火箭的基礎(chǔ)上,依靠自身的技術(shù)力量研制成功的。

“H2”型自研制之初就故障、事故連連。從1994年第一次成功發(fā)射到1997年,“H2”型火箭一共成功發(fā)射了5次。

然而,其每次發(fā)射耗費(fèi)190億日?qǐng)A(約13億人民幣),比起國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)者如“阿麗亞娜”火箭十分昂貴。后來(lái),新一代“H2-A”火箭開(kāi)始研制,以降低發(fā)射費(fèi)用。

近年來(lái),日本在提高運(yùn)載火箭的可靠性方面做了很大的努力,取得了一系列的成果,例如2007 年成功地使用“H2-A”火箭發(fā)射了日本的探月衛(wèi)星“輝夜姬”,2009年“H2-A”成功實(shí)現(xiàn)了1箭8星的發(fā)射。

此外,日本的新型火箭“H2-B”于2009年將日本的首架無(wú)人太空補(bǔ)給機(jī)空間站轉(zhuǎn)運(yùn)飛船(HTV)發(fā)射升空,標(biāo)志著日本運(yùn)載火箭技術(shù)的最新成就。“H2-B”低軌道發(fā)射能力達(dá)到19噸,而地球同步轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射能力達(dá)8噸。

6.印度:仍未成功運(yùn)用氫氧發(fā)動(dòng)技術(shù)

印度目前擁有的運(yùn)載火箭主要由“地球同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭”(GSLV)和“極地衛(wèi)星運(yùn)載火箭”(PSLV)兩種。

地球同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭(GSLV)的低溫液態(tài)引擎由俄羅斯提供,GSLV使用4支L40液態(tài)推進(jìn)火箭可將5000千克的載荷送到近地軌道;使用俄羅斯KVD-1低溫末端節(jié)引擎可將2200千克的載荷送到地球同步軌道。

2010年4月15日,印度搭載了最新氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的“GSLV-D3”火箭發(fā)射失敗,使印度想成為世界第6個(gè)擁有將重型衛(wèi)星送入地球靜止軌道的低溫液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)國(guó)家的希望破滅。截至目前,只有美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、日本和中國(guó)擁有這項(xiàng)技術(shù)。

極軌衛(wèi)星運(yùn)載火箭(PSLV)標(biāo)準(zhǔn)型為4節(jié)式火箭并有6枚助推火箭,目前已有將1600千克的衛(wèi)星送至622千米高的太陽(yáng)同步軌道之能力,可讓印度的遙控通信檢測(cè)衛(wèi)星到達(dá)極地軌道,實(shí)際上商業(yè)用途技術(shù)是從俄羅斯取得的,也可以發(fā)射小衛(wèi)星到地球同步軌道。

總地看,世界主要的大國(guó)均獨(dú)自或者合作擁有火箭商業(yè)發(fā)射能力,而無(wú)力自行開(kāi)展航天發(fā)射的國(guó)家正在通過(guò)與航天大國(guó)合作來(lái)涉足航天領(lǐng)域,這就形成了商業(yè)發(fā)射的巨大市場(chǎng)。

目前,俄羅斯在全球商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)上占據(jù)領(lǐng)先地位。2009年,俄羅斯進(jìn)行了10次商業(yè)發(fā)射,市場(chǎng)份額為42%。

同時(shí),美國(guó)火箭占據(jù)了17%,歐洲占據(jù)了該市場(chǎng)的21%,而中國(guó)只進(jìn)行了1次商業(yè)發(fā)射,僅占市場(chǎng)的4%。日本和印度在商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)上日漸活躍。以色列過(guò)去10年里進(jìn)行了4次軍事衛(wèi)星發(fā)射,仍保有提供商業(yè)發(fā)射服務(wù)的能力。韓國(guó)“羅老號(hào)”運(yùn)載火箭連續(xù)兩次發(fā)射失敗,仍在努力之中。

面對(duì)不斷增長(zhǎng)的空間資源開(kāi)發(fā)需求以及日益激烈的商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境,各航天大國(guó)在不斷改進(jìn)現(xiàn)有火箭的同時(shí),大力研制新一代的商用運(yùn)載火箭。

目前美國(guó)推出了“德?tīng)査?”和“宇宙神-5”兩個(gè)新型運(yùn)載火箭系列;歐洲新研制了“阿麗亞娜-5”運(yùn)載火箭;日本推出了“H-2”;俄羅斯正在研制“安加拉”系列火箭。

值得關(guān)注的是,美國(guó)私人發(fā)射服務(wù)商開(kāi)始介入商業(yè)發(fā)射服務(wù),例如太空探索公司“獵鷹9”火箭發(fā)射價(jià)格是5000萬(wàn)美元,與發(fā)射價(jià)格為9000萬(wàn)到1億美元的俄羅斯“質(zhì)子號(hào)”火箭運(yùn)載能力近似。這表明這些新型火箭在發(fā)射服務(wù)行業(yè)的出現(xiàn)可能帶來(lái)新的商業(yè)發(fā)射機(jī)遇,并增強(qiáng)美國(guó)發(fā)射業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

綜上所述,目前國(guó)際上運(yùn)載火箭的發(fā)展,已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)多元時(shí)代。美、俄依靠雄厚的歷史積淀,仍然占據(jù)著明顯的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),尤其是美國(guó)在放棄了航天飛機(jī)之后,出于商業(yè)發(fā)展和深空探測(cè)的需求,厚積薄發(fā)地重回了運(yùn)載火箭發(fā)展之路,例如戰(zhàn)神系列火箭的起點(diǎn)定位就是將來(lái)重返月球的任務(wù)需求。而另一邊,歐空局在穩(wěn)穩(wěn)地占據(jù)國(guó)際商業(yè)發(fā)射的半壁江山的同時(shí),不斷發(fā)展完善“阿麗亞娜”火箭系列。

世界主要航天國(guó)家運(yùn)載火箭能力排名

而中國(guó)則從民用計(jì)劃、商業(yè)發(fā)射、載人航天和月球探測(cè)的實(shí)際需求出發(fā),不斷發(fā)展大推力、高可靠性的運(yùn)載火箭,并以更高的發(fā)射密度,走出自己的高性價(jià)比產(chǎn)業(yè)化之路。

近年來(lái),中國(guó)在火箭發(fā)射次數(shù)上趕超了歐洲,并且“長(zhǎng)征二號(hào)F”火箭已經(jīng)與美國(guó)的航天飛機(jī)、俄羅斯的“聯(lián)盟號(hào)”火箭一起成為世界上僅有的三種軌道載人運(yùn)載工具。

理性地看,中國(guó)的運(yùn)載火箭可靠性比較高,但由于諸多條件(比如鐵道運(yùn)輸?shù)龋┫拗?,更大體積和推力的火箭尚未誕生,這使得中國(guó)火箭的運(yùn)載能力與歐美火箭強(qiáng)國(guó)存在相當(dāng)差距。不過(guò)中國(guó)已經(jīng)在確定海南文昌發(fā)射場(chǎng)建成后開(kāi)始設(shè)計(jì)研制大推力火箭,這將使中國(guó)火箭的運(yùn)載能力與歐美火箭之間的差距逐步縮小。

(二)“長(zhǎng)征”神劍競(jìng)風(fēng)流

我們知道,航天技術(shù)的特點(diǎn)是飛行器必須依靠本身具有的速度掙脫地球或太陽(yáng)的強(qiáng)大引力,在極高真空的宇宙空間以類似于自然天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律飛行。

由于火箭不依賴空氣工作,故而可發(fā)展成為既能沖出大氣層又能在太空中飛行的動(dòng)力裝置。盡管古代火箭產(chǎn)生的推力很小,飛行高度有限,但是它所體現(xiàn)的基本工作原理卻一直沿襲至今。

20世紀(jì)初期,經(jīng)俄國(guó)科學(xué)家齊奧爾科夫斯基、美國(guó)科學(xué)家戈達(dá)德和德國(guó)科學(xué)家?jiàn)W伯特的努力,闡明了利用火箭能夠開(kāi)展航天活動(dòng)的基本理論,才奠定了現(xiàn)代火箭問(wèn)世的基礎(chǔ)。

他們?nèi)艘虼硕环Q為現(xiàn)代航天學(xué)奠基人和先驅(qū)者。戈達(dá)德還于1926年3月16日成功地點(diǎn)燃了歷史上第一枚液體火箭,成為液體火箭的實(shí)際創(chuàng)始人。

到了20世紀(jì)40年代,納粹德國(guó)出于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要,大大加快了火箭的發(fā)展及其軍用步伐,并于1942年10月3日成功地進(jìn)行了“A-4”火箭的發(fā)射試驗(yàn)。1944年6月,“A-4”更名為“V-2”火箭,隨即于同年9月6日首次投入作戰(zhàn)使用?!癡-2”是單級(jí)液體火箭,推進(jìn)劑為液氧和酒精,推力達(dá)26.5噸,最大射程320千米。

它雖未能挽救希特勒徹底覆滅的命運(yùn),但對(duì)現(xiàn)代大型火箭的發(fā)展起到了繼往開(kāi)來(lái)的作用。德國(guó)戰(zhàn)敗后,美國(guó)和蘇聯(lián)分別繳獲了大量“V-2”火箭實(shí)物、部分科研人員與設(shè)備資料,為各自后來(lái)迅速發(fā)展火箭技術(shù)創(chuàng)造了有利條件。世界上發(fā)射航天器的運(yùn)載火箭,也是這兩個(gè)國(guó)家首先研制出來(lái)的。

從技術(shù)上講,運(yùn)載火箭只有使航天器達(dá)到一定的速度后才算完成發(fā)射任務(wù)??茖W(xué)家根據(jù)航天器遨游太空的區(qū)域不同,這個(gè)速度亦有大小不同的區(qū)別,分別稱為第一、第二和第三宇宙速度。

第一宇宙速度V1。人造航天器沿地球表面做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)必須具備的速度,也叫環(huán)繞速度。不計(jì)大氣阻力和地球自轉(zhuǎn)的影響,可以計(jì)算出V1=7.9千米/秒。

第二宇宙速度V2。當(dāng)人造航天器超過(guò)第一宇宙速度V1達(dá)到一定值時(shí),就會(huì)脫離地球的引力場(chǎng)而成為圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的人造行星。這個(gè)速度就叫做第二宇宙速度,亦稱逃逸速度。不計(jì)大氣阻力和地球自轉(zhuǎn)的影響,可以計(jì)算出V2=11.2千米/秒。地面發(fā)射的航天器獲得這樣的速度即能沿一條拋物線脫離地球。

第三宇宙速度V3。從地球表面發(fā)射人造航天器,飛出太陽(yáng)系,到浩瀚的銀河系中漫游所需要的最小速度,就叫做第三宇宙速度。不計(jì)大氣阻力和地球自轉(zhuǎn)的影響,可以計(jì)算出V3=16.7千米/秒。地面發(fā)射的航天器在充分利用地球公轉(zhuǎn)速度的情況下獲得這一速度后即可沿雙曲線軌道飛離地球,到達(dá)距離地心93萬(wàn)千米處時(shí)便脫離地球引力,在太陽(yáng)引力作用下運(yùn)行。它相對(duì)太陽(yáng)的軌道是一條拋物線,最后將飛離太陽(yáng)系。

為了確?;鸺w行,人們?cè)O(shè)計(jì)了多級(jí)火箭,多級(jí)火箭由兩級(jí)以上的火箭組成,每級(jí)火箭可獨(dú)立工作。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),多級(jí)火箭可采用軸向串聯(lián)、橫向捆綁并聯(lián)以及串并聯(lián)共用三種形式。

由于隨著級(jí)數(shù)的增加,運(yùn)載火箭變得更為復(fù)雜,致使其可靠性下降,因此常用的運(yùn)載火箭多為2—4級(jí)。

而對(duì)發(fā)射載人航天器的火箭,對(duì)其可靠性要求更高,一般為2—2.5級(jí)。所謂2.5級(jí)火箭,就是在兩級(jí)串聯(lián)火箭的第一級(jí)周圍再捆綁幾個(gè)助推器,以增加起飛推力。進(jìn)行發(fā)射時(shí),助推器雖然和第一級(jí)火箭基本上同時(shí)點(diǎn)火,但其先工作完畢并脫離,故稱為半級(jí)火箭。

發(fā)射航天器時(shí),垂直豎立在發(fā)射架旁的多級(jí)運(yùn)載火箭,點(diǎn)火后逐級(jí)工作、熄火并被拋掉,每一級(jí)都使火箭的飛行速度增加一個(gè)數(shù)值,直到末級(jí)火箭脫離,將有效載荷增至所需速度并送入預(yù)定軌道運(yùn)行為止。值得指出的是,人類研制的多種運(yùn)載火箭,早已分別成功發(fā)射了具有不同宇宙速度的多個(gè)航天器。有的已經(jīng)飛到太陽(yáng)系邊緣,正向恒星際空間遨游。

現(xiàn)代火箭的優(yōu)勢(shì),不僅在于它是一種完全依靠發(fā)動(dòng)機(jī)噴射工作物質(zhì)所產(chǎn)生的反作用力向前推進(jìn)的飛行動(dòng)力裝置,還在于它具有多種用途,可以裝載不同的有效載荷。當(dāng)火箭頂端裝載航天器時(shí),就被稱為運(yùn)載火箭;當(dāng)火箭頂端裝載戰(zhàn)斗部時(shí),就成為導(dǎo)彈;當(dāng)火箭頂端儀器艙內(nèi)裝載探空裝置,用來(lái)探測(cè)大氣層有關(guān)參數(shù)時(shí),就一并稱為探空火箭。

鑒于現(xiàn)代火箭名目繁多,通常根據(jù)級(jí)數(shù)多少、有無(wú)控制、能源種類、用途不同來(lái)進(jìn)行分類:按照有無(wú)控制,可分為無(wú)控火箭和有控火箭。航天活動(dòng)和導(dǎo)彈都使用有控火箭。按照能源種類,可分為化學(xué)能火箭、電火箭、核火箭、太陽(yáng)能火箭和光子火箭。

化學(xué)能火箭就是依靠自身攜帶的燃料即燃燒劑和氧化劑的化學(xué)反應(yīng)釋放熱能工作的火箭。它又可分為固體、液體、固液混合三種火箭,是目前使用最多的動(dòng)力裝置。電火箭、核火箭和太陽(yáng)能火箭又統(tǒng)稱為非化學(xué)能火箭。

目前,個(gè)別的電火箭和核火箭已在航天器上使用。太陽(yáng)能火箭尚處于研制階段。至于光子火箭,也屬于非化學(xué)能火箭,目前仍處于探索階段。

就現(xiàn)代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)水平來(lái)說(shuō),單級(jí)火箭所能達(dá)到的飛行速度不超過(guò)每秒6千米,這還不能把航天器送上太空。為了達(dá)到和超越第一宇宙速度,需用多級(jí)火箭來(lái)發(fā)射航天器,目前世界上所有的人造衛(wèi)星、載人飛船、空間站艙段和空間探測(cè)器等航天器的運(yùn)載工具都是多級(jí)火箭。正是這種現(xiàn)代運(yùn)載火箭,才幫助人類叩開(kāi)了天宇之門(mén)。

為了進(jìn)行航天發(fā)射,世界各國(guó)已在地面建設(shè)了多個(gè)航天器發(fā)射場(chǎng)。主要有位于哈薩克斯坦境內(nèi),但一直被俄羅斯租用的拜科努爾發(fā)射場(chǎng),俄羅斯的普列謝茨克發(fā)射場(chǎng)和卡普斯丁亞爾發(fā)射場(chǎng),美國(guó)的肯尼迪航天中心和范登堡發(fā)射場(chǎng),中國(guó)酒泉、西昌、太原三個(gè)衛(wèi)星發(fā)射中心,歐空局的法屬圭亞那航天中心,日本的種子島和鹿兒島兩個(gè)航天中心等。同時(shí),這些國(guó)家和地區(qū)還建有相應(yīng)的航天測(cè)控網(wǎng)或深空網(wǎng)。

天弓勁,神劍猛。隨著中國(guó)酒泉、西昌、太原三個(gè)衛(wèi)星發(fā)射中心相繼進(jìn)入世界頂尖航天發(fā)射場(chǎng)序列,在風(fēng)雨中砥礪健行的長(zhǎng)征系列火箭將在勁弓給力下暢行漫漫蒼穹。

我們這么講,是因?yàn)榻裉斓闹袊?guó)長(zhǎng)征火箭已在與時(shí)俱進(jìn)中化魚(yú)成龍,有了沖天的豪情和志氣。

目前,“長(zhǎng)征”系列火箭覆蓋了地球的低、中、高軌道范圍,近地軌道運(yùn)載能力為0.3—9.5噸,地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力為1.45—5.1噸,基本上滿足了發(fā)射不同用途、不同重量航天器的需求。

此外,作為世界著名運(yùn)載火箭家族之一,“長(zhǎng)征”火箭在低溫高能燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、高空二次點(diǎn)火技術(shù)、火箭捆綁技術(shù)、一箭多星技術(shù)等領(lǐng)域均達(dá)到世界先進(jìn)水平。

“長(zhǎng)征” 系列火箭誕生33年來(lái),已在東方大地與太空之間畫(huà)出一道道亮麗軌跡,與俄羅斯的“東方號(hào)”“上升號(hào)”“聯(lián)盟號(hào)”“質(zhì)子號(hào)”“宇宙號(hào)”“天頂號(hào)”和“能源號(hào)”,美國(guó)的“雷神”系列、“宇宙神”系列、“德?tīng)査毕盗泻汀按罅ι瘛毕盗屑啊鞍⒉_號(hào)”,歐洲空間局的“歐里安”系列,日本的“H-1”系列、“H-2”系列等有國(guó)際影響力的航天運(yùn)載器在漫漫天路上交相輝映。

從1970年4月至2006年10月,我國(guó)有12種“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭分別從酒泉、西昌、太原三個(gè)衛(wèi)星發(fā)射中心起飛,在西安和北京測(cè)控中心及其地面臺(tái)站以及海上“遠(yuǎn)望號(hào)”測(cè)量船的配合下,共發(fā)射了75顆不同功能的國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星和10艘“神舟”飛船,在太空鑄就了一系列的輝煌。

這些重大成就,使我國(guó)在20世紀(jì)80年代即跨入世界航天大國(guó)的行列。就發(fā)射成功率來(lái)講,長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭已達(dá)90%以上,居于世界一流水平。

1985年10月26日,我國(guó)政府宣布,將“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭投放國(guó)際航天發(fā)射服務(wù)市場(chǎng),使其成為商用火箭,并成功地將28顆國(guó)外衛(wèi)星送入合同規(guī)定的軌道,為國(guó)家贏得了良好聲譽(yù)。

附1:長(zhǎng)征火箭1970—2006年發(fā)射記錄表

注釋:LEO:近地軌道(Low Earth Orbit),又稱低地軌道

GTO:地球同步轉(zhuǎn)移軌道(Geostationary Transfer Orbit)

SSO:太陽(yáng)同步軌道(Sun-synchronous orbit)

附2:長(zhǎng)征火箭2007年以后發(fā)射記錄表

注釋:LEO:近地軌道(Low Earth Orbit),又稱低地軌道

GTO:地球同步轉(zhuǎn)移軌道(Geostationary transfer Orbit)

SSO:太陽(yáng)同步軌道(Sun-synchronous orbit)

MEO:中地球軌道(Medium Earth Orbit)

GEO:地球同步軌道(Geosynchronous Orbit)

附3:長(zhǎng)征火箭國(guó)際商業(yè)發(fā)射記錄表


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