在火箭专家龙乐豪院士的记忆中，新一代运载火箭是一个“做了30年的梦”。 从1986年提出方案到2006年长征五号立项，再到预计2016年的首飞,新一代运载火箭的代表作孕育20年、研制10年，总计长达30年，真可谓是“30年磨一箭”。今天，在纪念长征运载火箭200次发射、展望未来“长征”之路时，被寄予厚望的“长征家族”新成员——长征五号、长征七号等新系列运载火箭再次成为公众关注的焦点。 落后一流？赶上 经历数十年的发展，我国已经建立了包括遥感卫星、气象卫星、通信卫星和导航卫星等在内的比较完善的应用卫星体系，实施了一系列的商业航天发射，航天事业取得了举世瞩目的成就，这对一个发展中国家来说尤为不易。 这一系列成绩的取得，与我国运载火箭技术的发展密不可分。我国最早的运载火箭长征一号，近地轨道的运载能力还不足200千克；如今，长征系列运载火箭已经具备了近地轨道8.5吨、太阳同步轨道6.1吨、地球同步转移轨道5.5吨的运载能力，可以将不同种类卫星、飞船和探测器发射到低、中、高不同的地球轨道，并具备发射深空探测器的能力。 我国航天运载技术的发展起步于上世纪60年代，先后成功研制了长征一号、长征二号、长征三号、长征四号等13个型号的运载火箭。中国工程院院士、长三甲系列运载火箭原总指挥、总设计师龙乐豪表示，我国长征运载火箭仍属于“家族式”系列，每个运载型号的发展都源于特定的需求，型号技术状态差别较大，并存在着运载能力重叠的现象，还不是真正意义上的“系列化”运载火箭。龙乐豪用一句话总结：“计划生育”没搞好！ 当然这是历史原因造成的。尽管通过大量的可靠性增长工作不断提高飞行成功率，长征系列运载火箭的设计可靠性仍然不高；在役的长征火箭运载能力相对于国外的新型运载火箭有较大的差距，对于大型和重型有效载荷的发射要求，已难以通过进一步挖潜来满足。这在一定程度上抑制了有效载荷的进一步发展，同时，长征火箭在满足小卫星发射方面还存在空白。 反观其他航天国家，无论是美俄等航天强国，还是欧洲和日本等第二梯队，运载火箭都达到了约20吨的近地轨道运载能力和10吨级的同步转移轨道运载能力，具备了大型近地轨道航天器和大型通信卫星的发射能力。美俄部分运载火箭通过采用上面级多次启动技术，已经具备了将卫星直接送入中高轨道、甚至地球静止轨道的发射能力。 为了让长征火箭具备充足的后劲，让我国进入空间的能力再上一个台阶，从上世纪80年代起，我国就提出了要设计、生产新一代运载火箭，但直到2006年国家才正式立项。2007年，国防科工委正式批准启动生产。研制一个新型火箭一般需6年的时间，但我国2006年批准立项的新一代运载火箭长征五号由于起点较高，很多配套的大型工装都需要从零起步，还要配套建设一批基础设施。龙乐豪估计，至少要到2016年，长征五号才有望实现真正意义上的首飞。 采访中，龙乐豪表示，自1994年长三甲系列火箭首飞以来，我国已有20年没有新型火箭诞生了。这在一定程度上与现在大力倡导的“航天强国”的目标不符。“上个世纪90年代，长征系列运载火箭在世界航天舞台上能够位列前三，具备较强的国际竞争力，但现在名次已明显下滑。而随着新一代运载火箭的诞生，长征火箭有望重新跻身国际一流地位。”龙乐豪分析，新一代运载火箭投入使用后，与世界现役主力火箭的运载能力将处于一个水平，有利于我国在国际商业发射市场上的竞争。 运输更多“乘客”？可行 我国正在开展的北斗卫星导航定位系统、高分辨率对地观测系统、新一代通信卫星和气象卫星、空间站建设、月球探测与火星探测等重大任务，都对长征火箭运载能力提出了新要求。 其中，新一代通信卫星的质量重约7吨，载人航天工程要发射22吨左右的空间站舱段，月球探测三期工程的采样返回探测器质量也较大，都超出了现役运载火箭的运载能力，急需新一代运载火箭的更新换代。北斗导航系统等项目需要发射大量小卫星组成星座，也需要新一代运载火箭进行一箭多星发射，从而加快部署进度降低发射成本。研制新一代运载火箭不仅可以更好地满足国内市场对运载火箭技术的需求，还有助于增强我国运载火箭的国际竞争力，更好地参与到国际商业发射竞争中。 瞄准国内航天发展的需求，新一代运载火箭规划了一个系列化的运载火箭设计，其运载能力设定为近地轨道最大25吨，同步转移轨道最大14吨。新一代运载火箭在技术上既要有所继承又要大胆创新，既沿用了老式长征火箭的3.35米和2.25米直径箭体以及一系列经过验证的成熟设计与设备，又使用了大直径箭体结构和大推力发动机等先进技术，通过通用化、组合化和系列化的设计形成设计可靠性高、运力覆盖范围广和任务灵活性高的运载火箭系列，通过跨越式发展缩短与世界先进水平的差距。 “概括地说，研制新一代运载火箭主要基于三个因素。一是更换推进剂，把有毒推进剂更换为无毒无污染的推进剂；二是提升我国进入空间的运载能力；三是让运载火箭的各项技术再上一个新台阶。”龙乐豪表示，中国航天日益加快的发展脚步，急需新一代运载火箭来运输更多“乘客”。 
发展思路？先进 新一代运载火箭的研制可以归纳为“一个系列、两种发动机、三个模块”的总体发展思路。 运载火箭技术是航天发展的基础，“航天要发展，动力要先行”，所以新一代运载火箭基本上采用了全新的发动机。“两种发动机”指的是新一代运载火箭的主动力，新型的120吨级推力液氧煤油发动机YF-100和50吨级推力液氢液氧发动机YF-77。“三个模块”指的是使用氢氧推进剂的5米直径模块、使用液氧煤油推进剂的3.35模块和2.25米模块，其中5米模块采用2台YF-77发动机，3.35米模块采用2台YF-100发动机，2.25米模块采用1台YF-100发动机。 三种模块按照不同的方式组合起来，就形成了长征五号和长征七号新一代运载火箭。据龙乐豪回忆，当年在做顶层规划设计时，把长征七号视为长征五号的亚型，即所谓的“一个系列”。这是因为长征五号用到了所有3种模块，3.35米和2.25米模块既可用作长征五号的助推器，又可用作长征七号的芯级或助推器，长征七号在技术上实则是长征五号的衍生品。 新一代运载火箭均使用无毒无污染的推进剂。其中，长征五号将具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力；长征七号火箭将具备近地轨道13.5吨，700千米高度太阳同步轨道5.5吨的运载能力。 从研制难度来看，长征五号的难度最大。由于技术跨度大、对大直径运载火箭的研制规律认识不足，长征五号研制过程并非一帆风顺，研制队伍付出了艰辛的劳动、克服了很多困难。 龙乐豪说：“目前看来已初见曙光、胜利在望。大尺寸、大型箭体结构难关已经基本突破，大型试验进展也算顺利。我认为，成功值得期待。首次发射成功的可能性也较大。” “新一代”之后？“重型”可期 运载火箭代表着一个国家进入空间的能力，火箭的运载能力有多大，航天的舞台就有多大。“乘客”要想顺利抵达目的地，选择乘坐什么样的交通工具非常重要。“新一代运载火箭”之后，“长征”家族还将有哪些新成员值得期待？火箭专家们已经开始进行构想。 按照规划，直径为５米的“大个子”长征五号的近地轨道的运载能力将达到２5吨，这将满足大型通信卫星“一箭多星”的发射需要，同时将承担空间站建设的任务。龙乐豪认为，长征五号仅仅承担这些任务还不足以充分挖掘其“大个子”的潜力。他有一个设想，希望能够在长征五号的基础上发展一个“长征五号拓展型火箭”，让这个“超大个”的近地轨道的运载能力达到５０吨级。 “长征五号拓展型的使命概括为三项：一是开展大型的无人深空探测；二是用它多次发射与交会来实现载人登月；三是为我国未来构建大型空间太阳能电站做前期研究。”龙乐豪认为，随着我国挖掘空间资源的需求日益迫切，重型运载火箭将是未来长征火箭发展的重要方向之一。他甚至认为，近地轨道的运载能力从50吨级拓展到150吨级，也是很有必要的。 “在我的构想中，希望将我国近地轨道运载能力达到150吨级的重型运载火箭取名为长征九号。在中国人的概念中，‘九’为大而且寓意良好。”龙乐豪笑眯眯地说。在龙乐豪等火箭专家看来，这个“超级巨无霸”是他们目前对一次性运载火箭未来构想的终极目标。能否实施？如何实施？还有赖于国家的决心与综合实力的进一步提升。 |
