中國航太技術的突破性發展

發佈時間:2019-09-11 09:54:28 | 來源:中國網·中國發展門戶網 | 作者:李成智 | 責任編輯:趙斌宇

關鍵詞:航太技術,技術發展,經驗,中國

運載火箭的系列發展

自 20 世紀 70 年代,中國先後研製成功“長征一號”“長征二號”“長征三號”和“長征四號”系列運載火箭。20 世紀 80 年代後期,在上述型號基礎上又陸續研製了“長征二號E”“長征二號F”“長征三號甲”“長征三號乙”“長征四號甲”和“長征四號乙”等型號的運載火箭,滿足了大容量應用衛星和載人飛船、空間實驗室發射的需要。進入21世紀,新一代“長征”系列火箭研製成功,運載能力大為提高,可滿足發射大型載荷和空間站艙段的需要。

 “長征”系列火箭的奠基

“長征一號”運載火箭是在“東風四號”導彈基礎上研製的,運載能力低,只發射過兩顆衛星。1965 年 8 月中央專委第十三次會議批准中國科學院《關於發展我國人造衛星工作規劃方案建議》,確定發展應用衛星為主的方針,其中遙感衛星是重點 。1967 年 9 月,第七機械工業部(以下簡稱“七機部”)召開返回式衛星方案論證會,確定運載火箭以“東風五號”洲際導彈為基礎進行改制,用於發射返回式衛星。1970 年 6 月 5 日,周恩來主持召開中央專委會議,將火箭和返回式衛星列為國家重點建設項目。1973 年 11 月,七機部第一研究院(以下簡稱“七機部一院”)將這種火箭命名為“長征二號”,其近地軌道運載能力 1 800 千克。1974 年 11 月 5 日和 1975 年 11 月26 日,“長征二號”先後兩次發射返回式衛星。1980 年,確定了“長征二號”改進型“長征二號丙”的技術狀態,運載能力提高到 2 500 千克。

1970 年 6 月,七機部一院和中國空間技術研究院(五院)分別組織隊伍,開展運載火箭和通信衛星新技術的研究。1970 年 11 月 9 日,國防科委委託七機部召開“東方紅二號”通信衛星方案討論會,研究了衛星的總體方案設想。1974 年 5 月 19 日,周恩來對通信衛星研製工作做了批示:“先將通信衛星的製造協作和使用方針定下來,然後按計劃分工,做出規劃,督促進行。”經過多年研究和論證,1977 年 12 月形成了發射通信衛星的兩種火箭方案:一種是加裝液氫液氧第三級組成的“長征三號”;另一種是加裝常規第三級組成的“長征四號”。

“長征三號”可將 1 430 千克的衛星送入同步轉移軌道,使用了低溫液氫液氧發動機,突破了氫氧發動機失重條件下二次點火技術。1984 年 4 月 8 日,“長征三號”火箭將中國首顆試驗通信衛星——“東方紅二號”送入同步轉移軌道。4 月 16 日,衛星定點成功。發射靜止衛星是中國航太事業的一個重要里程碑。“長征四號”由上海航太技術研究院負責,其太陽同步轉移軌道運載能力為 1 500—2 100千克。1988 年 9 月 7 日和 1990 年 9 月 3 日,“長征四號甲”火箭發射成功兩顆“風雲一號”衛星。“長征四號乙”太陽同步軌道運載能力達 2 200 千克,可用於發射地球資源衛星,1999 年和 2000 年 2 次成功發射地球資源衛星。

“長征”系列火箭的成熟

利用“東風五號”導彈為基礎研製的長征火箭還包括“長征二號 E”“長征三號甲”系列火箭。研製目的是提高運載能力並打入國際航太發射市場。“長征二號 E”火箭以“長征二號丙”為芯級,在一級箭體上並聯 4 個液體助推火箭,低軌道運載能力由 2.5 噸提高到 9.2 噸,配以不同上面級同步轉移軌道運載能力可達 3.0—4.8 噸。1990 年 7 月 16 日第一枚“長征二號 E”火箭發射成功。截至 2002 年底,“長征二號 E”共計發射了 8 次。

“長征三號甲”在“長征三號”基礎上,重點對第三級發動機進行改進。1994 年 2 月 8 日,“長征三號甲”首次飛行試驗獲得成功。1994 年 11 月和 1997 年 5 月又成功進行了 2 次發射。以“長征三號甲”為基礎,分別捆綁 4 個和 2 個助推器組成“長征三號乙”和“長征三號丙”火箭,同步轉移軌道運載能力分別為 5.0 噸和 3.7 噸。1996 年 2 月 15 日“長征三號乙”首次發射。“長征三號”甲、乙、丙這 3 個型號除用於通信衛星發射外,還用於氣象衛星、導航衛星、“嫦娥”系列月球探測器的發射。

新一代“長征”系列火箭

20 世紀 90 年代,隨著“長征三號甲”系列火箭的研製成功以及載人航太計劃的實施,新一代火箭的規劃工作開始。2001 年,中國運載火箭技術研究院提出新一代火箭的運載能力、推進劑種類、級數以及設計原則(即高可靠、低成本、低污染、模組化、通用化)。2002 年,該院確定“一個系列、兩種發動機、三個模組”的總體發展思路,以及“通用化、系列化、組合化”的設計思想。2005 年,“長征五號”(代號:CZ-5)運載火箭正式立項。

“長征五號”火箭設計方案的“三個模組”是使用液氧/液氫發動機的 5 米直徑模組、使用液氧/煤油發動機的 3.35 米直徑模組和 2.25 米直徑模組;“兩種發動機”是地面推力 50 噸的 YF-77 氫氧發動機、地面推力 120 噸的 YF-100 液氧/煤油發動機。利用“三個模組”組合,可形成“長征五號”大型運載火箭、“長征七號”中型火箭和“長征六號”小型火箭,形成近地軌道運載能力 1.5—25.0 噸,地球同步轉移軌道運載能力 1.5—14.0 噸的完整火箭系列。2015 年 9 月20 日,“長征六號”火箭發射取得成功,創造了我國“一箭 20 星”發射新紀錄。“長征七號”低軌道運載能力 13.5 噸,達到國外同類火箭的先進水準。2016 年 6 月 25 日和 2017 年 4 月 20 日,“長征七號”兩次發射成功。“長征五號”分別於 2016 年 11 月 3 日和 2017 年 7 月 2 日進行了 2 次發射。

為適應快速發射小衛星的需要,中國運載火箭技術研究院研製了中國第一枚全固體運載火箭“長征十一號”。該火箭為四級結構,700 公里太陽同步軌道運載能力 350 千克,低地球軌道運載能力 700 千克。“長征十一號”火箭具有可整體貯存、操作簡單、發射成本低、發射週期短的特性,其最大的優勢是“快速、便捷、靈活”。2015 年 9 月 25 日,“長征十一號”首次發射,成功將 4 顆微小衛星送入太空。截至 2018 年,“長征十一號”共進行了 6 次成功發射。

“長征五號”“長征六號”“長征七號”和“長征十一號”火箭使中國運載火箭技術得到顯著提升,完善了火箭譜係,大幅提高了運載能力和國際競爭力。

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