一、風(fēng)雨“長征”路
(一)“長征” 的長征
中國人對“長征”這兩個字有一種特殊情結(jié),因為一提到它,每一個國人的腦海里肯定會不約而同地想到兩件事情:一件是70多年前中國工農(nóng)紅軍走過的二萬五千里的漫漫征途,再一件就是40多年來不斷將我國的衛(wèi)星乃至航天員送入太空的“長征”火箭。
參與“東方紅一號”衛(wèi)星研制的老科學(xué)家禹更銘曾說,我們給中國生產(chǎn)的運載火箭命名為“長征”,是有多重象征意義的。因為我們積極踐行的“航天精神”和“長征精神”是一脈相承的。不僅如此,紅軍在長征中那種不怕困難、百折不撓的作風(fēng)一直激勵著中國人趨向民族復(fù)興的整個進(jìn)程。
而我們給中國生產(chǎn)的運載火箭命名為“長征”,也可以從時間角度點讀:當(dāng)年紅軍長征用了兩年多,而“長征一號”的研制足足花了12年,這可以算更為艱辛的“長征”。
我們這里說的“12年”,是從1958年算起的。1957年10月,當(dāng)時蘇聯(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,毛澤東主席在中國共產(chǎn)黨八屆二中全會上提出,“我們也要搞人造地球衛(wèi)星”。
這對于當(dāng)時中國的科學(xué)技術(shù)工業(yè)水平尤其是航天科研工作來說是一個巨大的挑戰(zhàn),我國航天工作者從此走上漫漫“天路”,新中國的“航天元年”從此開啟。
1970年4月24日,我國成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星——“東方紅一號”。按時間先后,我國是繼蘇、美、法、日之后,世界上第五個用自制火箭發(fā)射國產(chǎn)衛(wèi)星的國家。
由此算來,經(jīng)過12年艱辛努力,中國航天從無到有,從弱小到強(qiáng)大,成為“太空俱樂部”中“重戲份一員”。
(二)1958—1967年 使命鑄劍
1956年我國制定了“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項任務(wù),國家建立了研究院和部門。
在蘇聯(lián)幫助下,我國完成了第一個五年計劃,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)過長期的艱苦奮斗、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,我國近程導(dǎo)彈發(fā)射成功,標(biāo)志著我國具有生產(chǎn)制造導(dǎo)彈的能力了。這項工作得到了全國1450個單位的大力支持。
1962年3月21日,我國自行設(shè)計的中近程導(dǎo)彈飛行試驗失敗。技術(shù)失敗的原因,首先是總體設(shè)計沒有把導(dǎo)彈看作一個彈性體;其次是發(fā)動機(jī)沒有驗收鑒定標(biāo)準(zhǔn);其三是沒有建立系統(tǒng)工程的體制和研制程序(總設(shè)計師建制和17項地面試驗系統(tǒng)工程研制程序)。
1963年4月2日,中國科學(xué)院年會召開,會議由錢學(xué)森主持,討論通過了第一研究院(以下簡稱一院)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議批準(zhǔn)。
1964年6月29日,地地中近程導(dǎo)彈飛行試驗成功,標(biāo)志著我國能自行設(shè)計導(dǎo)彈。
1965年4月,國防科委提出了十年內(nèi)我國航天的奮斗目標(biāo),7月,由中國科學(xué)院提出發(fā)展我國人造地球衛(wèi)星規(guī)劃方案。10月至11月,中國科學(xué)院受國防科工委的委托召開我國第一顆衛(wèi)星方案討論會(代號651),初步確定了衛(wèi)星方案,運載火箭的總體設(shè)計由上海機(jī)電設(shè)計院承擔(dān)。
1965年6月,中央專委十二次會議決定將發(fā)射人造地球衛(wèi)星列入國家計劃交由七機(jī)部(航天部前身)一院負(fù)責(zé)研制運載火箭。為此七機(jī)部調(diào)整部內(nèi)組織結(jié)構(gòu),由7個研究室擴(kuò)建為11個研究室,并將此工程命名為 “651工程”。
根據(jù)“651工程”精神,“長征一號”的一、二級采用遠(yuǎn)程導(dǎo)彈原型不做修改,第三級采用固體火箭。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,固體三級自旋穩(wěn)定(180轉(zhuǎn)/分),二級關(guān)機(jī)后,以噴射氮氣的姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)來保持滑行段的穩(wěn)定飛行。
按設(shè)計要求,“長征一號”的起飛重量81.5噸,起飛推力104噸,最大直徑2.25米,箭體長29.46米,運載能力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“長征一號”火箭研制工作的29個單位和3456名工作人員的花名冊報總理辦公室存查。
同時,要求所有參加這一工作的人員都要服從指揮,堅守崗位。會后中央專委為“長征一號”關(guān)鍵的短線項目開具特別公函,不管到全國哪里求援都能暢通無阻。周到細(xì)致的保障措施,使“長征一號”火箭研制工作順利進(jìn)行。
經(jīng)過艱苦的努力,遠(yuǎn)程導(dǎo)彈于1970年1月30日取得飛行試驗成功,證明設(shè)計方案是合理的。
1970年2月18日,國防科委召集相關(guān)部門和人員研究“651工程”進(jìn)展情況。會議形成兩項方案:
第一,“過載開關(guān)”。運載火箭一、二級已經(jīng)過遠(yuǎn)程導(dǎo)彈飛行試驗,方案是可行的。如火箭滑行段和三級固體火箭出現(xiàn)故障,衛(wèi)星墜落,觸及大氣層,會產(chǎn)生很大過載,衛(wèi)星上的過載開關(guān)會切斷播放《東方紅》的樂曲,這樣可以避免衛(wèi)星唱著《東方紅》樂曲落地后產(chǎn)生的不良后果。
第二,發(fā)射前請周總理報告毛主席,批準(zhǔn)發(fā)射播放《東方紅》樂曲的衛(wèi)星。
此會后的第二天,中國首顆人造地球衛(wèi)星成功飛天進(jìn)入倒計時:
1970年2月24日,“長征一號”合練彈出廠。
1970年3月26日,用來發(fā)射“東方紅一號”衛(wèi)星的“長征一號”火箭出廠。
1970年4月14日,周總理在人民大會堂福建廳聽取了“長征一號”技術(shù)情況測試檢查情況、“東方紅一號”衛(wèi)星測試檢查情況以及發(fā)射準(zhǔn)備情況。16日,周總理同意摘掉過載開關(guān),批準(zhǔn)“長征一號”火箭轉(zhuǎn)往發(fā)射陣地。
1970年4月20日,周總理通過國防科委轉(zhuǎn)告前方陣地執(zhí)行任務(wù)的同志:“安全可靠,萬無一失,準(zhǔn)確入軌,及時報告?!?/p>
1970年4月23日,毛主席批準(zhǔn)發(fā)射我國第一顆人造地球衛(wèi)星——“東方紅一號”。
1970年4月24日,下達(dá)15分鐘準(zhǔn)備口令時,郭清團(tuán)長傳達(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?!?/p>
1970年4月24日21時35分44秒,“長征一號”載著“東方紅一號”升空。
21時45分23秒衛(wèi)星入軌。《東方紅》樂曲響徹寰宇,震動了世界!
(三)1967—1999年 砥礪磨劍
在“長征一號”成功發(fā)射之后,中國運載火箭技術(shù)研究院又成功研制了我國的第一個大型液體運載火箭——“長征二號”。
“長征二號”火箭共兩級,推進(jìn)劑采用四氧化二氮/偏二甲肼,低軌道的運載能力為1800千克。
1974年11月5日,“長征二號”火箭首次發(fā)射。但由于一根控制信號導(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,“長征二號”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發(fā)射的第一顆返回式衛(wèi)星。
后來,我國“長征二號”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,“長征二號”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“長征二號”連續(xù)發(fā)射3次成功以后,我國又在該火箭的基礎(chǔ)上,研制成功了“長征二號丙”,研制單位仍是中國運載火箭技術(shù)研究院。
自1980年開始,在連續(xù)3個批次中,“長征二號丙”火箭不斷得到設(shè)計改進(jìn),其運載能力得到了逐步提高,由“長征二號”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,“長征二號丙”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)射美國摩托羅拉公司的銥衛(wèi)星,研制部門對“長征二號丙”做了進(jìn)一步的設(shè)計改進(jìn),采用了固體上面級以及一個衛(wèi)星分配器,加有上面級的“長征二號丙”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,試驗發(fā)射取得了成功。
1997年12月8日,我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征二號丙改”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“長征二號丙”的基礎(chǔ)上又成功研制出了“長征二號丁”火箭,“長征二號丁”火箭仍為二級火箭。主要用于發(fā)射返回式科學(xué)試驗衛(wèi)星,從1992年8月9日首次發(fā)射至1996年10月20日,“長征二號丁”火箭共發(fā)射3次,均獲得成功。
隨著國際發(fā)射服務(wù)市場需要,中國運載火箭技術(shù)研究院于1986年提出了研制“長征二號”捆綁式火箭(即“長征二號E”)的方案,即芯級采用二級火箭,在“長征二號丙”的基礎(chǔ)上捆綁4個液體助推器,將低軌道的運載能力提高到9200千克。
1988年11月,長城公司與美國休斯公司簽訂發(fā)射服務(wù)合同,利用“長征二號”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)部門僅用了18 個月的時間就完成了“長二捆”火箭的設(shè)計生產(chǎn),于1990年7月16日進(jìn)行了首次飛行試驗,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,“長征二號”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)點間出現(xiàn)了多余物,導(dǎo)致點火后一、三號助推發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī),造成發(fā)射中止。
中國運載火箭技術(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。
“長征二號”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載能力,也為以后的“長征三號乙”火箭的研制打下了基礎(chǔ)。到1995年12月28日,“長征二號”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。中國運載火箭技術(shù)研究院認(rèn)真總結(jié),從故障中學(xué)習(xí),進(jìn)一步認(rèn)識了高空風(fēng)修正問題。在以后的第6次和第7次發(fā)射中,“長征二號”捆綁式火箭均取得成功。
在當(dāng)時,“長征二號”捆綁式火箭是我國進(jìn)入國際市場,用于低軌道發(fā)射任務(wù)的主要火箭。
“長征三號”是在“長征二號”的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的三級火箭,可以把1600千克的有效載荷直接送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。
“長征三號”充分繼承了已有長征火箭的成熟技術(shù),它的一、二級發(fā)動機(jī)采用“長征二號丙”的一、二級發(fā)動機(jī),三級則采用世界上最先進(jìn)的液氫/液氧發(fā)動機(jī)。
“長征三號”是我國首次使用液氫/液氧發(fā)動機(jī)的火箭。為了解決液氫/液氧發(fā)動機(jī)的高空二次啟動等技術(shù)難題,負(fù)責(zé)火箭設(shè)計的中國運載火箭技術(shù)研究院在正式發(fā)射前進(jìn)行了大量試驗,終于使我國成為世界上少數(shù)幾個掌握液氫/液氧發(fā)動機(jī)技術(shù)的國家之一,為進(jìn)一步開發(fā)更大推力的火箭打下了堅實的基礎(chǔ)。
1990年4月7日,“長征三號”火箭在其第7次發(fā)射中,成功地將“亞星一號”衛(wèi)星送入預(yù)定軌道,這是我國發(fā)射的第一顆國外衛(wèi)星,標(biāo)志著中國正式進(jìn)入國際商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場。
到目前為止,“長征三號”火箭共完成了12次發(fā)射,其中第1、8、11次發(fā)射均因三級液氫/液氧發(fā)動機(jī)的問題而使得衛(wèi)星沒有進(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,中國運載火箭技術(shù)研究院認(rèn)真分析火箭飛行暴露出的問題,并改進(jìn)設(shè)計。
1997年6月10日,在“長征三號”的第12次發(fā)射中,成功地將我國的“風(fēng)云二號”氣象衛(wèi)星送入預(yù)定軌道?!伴L征三號”火箭是我國目前進(jìn)入國際市場、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。
“長征三號甲”火箭是在“長征三號”成功之后新研制的大型三級火箭,其各方面的技術(shù)性能比“長征三號”都有較大幅度的提高。
目前“長征三號甲”火箭主要承擔(dān)國內(nèi)衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù),但其優(yōu)秀的實際飛行成績已經(jīng)引起了國際航天界以及商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射市場的普遍重視。
“長征三號乙”火箭是以“長征三號甲”為芯級,采用“長征二號”捆綁式火箭的助推器捆綁與分離技術(shù)研制而成的我國目前推力最大的運載火箭,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,這一運載能力高于歐洲阿里安航天公司的“阿里安44L”型火箭。
與“長征三號甲”火箭相同,“長征三號乙”火箭也采用大推力的三級液氫/液氧發(fā)動機(jī),慣性組合采用四軸撓性平臺。
“長征三號乙”火箭的研制,引起了國際航天界的普遍關(guān)注。國際通信衛(wèi)星組織在組織發(fā)射第7、8代衛(wèi)星時,就選擇了尚在研制中的“長征三號乙”火箭,選定用“長征三號乙”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。
“長征三號乙”火箭的首次發(fā)射是在1996年2月15日。由于一個電子元器件的失效,使得慣性基準(zhǔn)傾斜,火箭按錯誤的姿態(tài)信號進(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,中國運載火箭技術(shù)研究院用了半年多的時間來進(jìn)行故障調(diào)查、試驗驗證等工作,在調(diào)查分析工作每取得一定階段性進(jìn)展的時候,都及時向關(guān)心長征火箭的外界用戶做了介紹,最終的結(jié)論也得到了國際航天保險界、衛(wèi)星生產(chǎn)商以及用戶的廣泛認(rèn)可。
1997年8月20日,“長征三號乙”火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射由美國勞拉公司生產(chǎn)的“馬部?!毙l(wèi)星取得成功。
10月17日,“長征三號乙”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,“長征三號乙”火箭還將發(fā)射“中衛(wèi)1號”衛(wèi)星、“鑫諾”衛(wèi)星、“中星8號”衛(wèi)星。
這3顆衛(wèi)星分別由美國洛克西德·馬丁公司、法國宇航公司和美國勞拉空間系統(tǒng)公司生產(chǎn)。
在研制“長征三號乙”的同時,中國運載火箭技術(shù)研究院還研制了另外一種型號——“長征三號丙”火箭。“長征三號丙”火箭也是采用“長征三號甲”火箭作為芯級,但在一級周圍只捆綁了兩個助推器,其他部分基本與“長征三號甲”火箭相同,其同步轉(zhuǎn)移軌道的運載能力為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年的時間成功研制了“長征四號”火箭。它的三級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,“長征四號”在太原發(fā)射中心成功發(fā)射了我國的第一顆試驗氣象衛(wèi)星。兩年后,“長征四號”又一次成功發(fā)射了氣象實驗衛(wèi)星?!伴L征四號”火箭共發(fā)射兩次,均取得成功。
“長征四號”的成功發(fā)射,對中國航天科技發(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,它更為中國增加了太空“技術(shù)話語權(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,國際航天發(fā)射市場漸趨火熱,為了招攬外星發(fā)射任務(wù),中國運載火箭技術(shù)研究院研制了“長征三號乙”捆綁式運載火箭,它的芯級就是一枚“長征三號甲”火箭,四枚液體助推器的組成布局和“長征二號E”火箭相同。
“長征三號乙”運載火箭的同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力增加到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,中國運載火箭技術(shù)研究院繼續(xù)改進(jìn)“長征二號丙”運載火箭,將近地軌道運載能力提高到3噸。
為了滿足更大重量衛(wèi)星的發(fā)射需求,中國運載火箭技術(shù)研究院研制了捆綁兩枚液體助推器的“長征三號丙”運載火箭,同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力提高到3.8噸,填補(bǔ)了“長征三號甲”和“長征三號乙”之間運載能力的空白,此后中國的“嫦娥二號”月球探測器就使用“長征三號丙”運載火箭實施航天發(fā)射。
上海航天局進(jìn)一步研制出“長征四號乙”和“長征四號丙”運載火箭,尤其是“長征四號丙”運載火箭使用了二次啟動的YF-40A發(fā)動機(jī),顯著提高了太陽同步軌道的運載能力,900千米軌道運載能力增加到2.6噸。上海航天局還將“長征四號甲”火箭去掉第三級,衍生出“長征二號丁”運載火箭用于近地軌道發(fā)射,其運載能力達(dá)到了3.1噸。
有媒體對此評論指出,中國航天事業(yè)尤其是運載火箭數(shù)十年來的成績,在發(fā)展中國家中可以說是獨一無二的。
從國際上看,印度迄今為止研制使用的“PSLV”和“GSLV”火箭,其同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力分別只有1.2噸和2噸,以運載能力衡量,相當(dāng)于中國20年前的水平。
至于另一個發(fā)展中國家巴西,甚至沒有一次成功地發(fā)射運載火箭。而伊朗也成功地發(fā)射了兩顆衛(wèi)星,但運載火箭的技術(shù)檔次和運載能力尚不及中國“長征一號”運載火箭的水平。
不過,相對美國、俄羅斯、歐洲和日本等國家,中國運載火箭的技術(shù)和運載能力就要相形見絀了。
美國在20世紀(jì)60年代就研制了近地軌道運載能力118噸的“土星5號”運載火箭,1965年開始發(fā)射的“大力神3C”火箭的近地軌道運載能力就達(dá)到了13噸。他們在20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,美國空軍20世紀(jì)80年代還研制了近地軌道運載能力達(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)時的備份。
作為冷戰(zhàn)時代針鋒相對的對手蘇聯(lián),雖然其近百噸運載能力的N1火箭研制失敗,但1965年的“質(zhì)子號”運載能力達(dá)到了12.25噸,隨后1968年三級火箭結(jié)構(gòu)的質(zhì)子火箭投入使用,近地軌道運載能力達(dá)到了21噸。
冷戰(zhàn)結(jié)束后,國際航天界普遍認(rèn)為會迎來靜止軌道通信衛(wèi)星應(yīng)用的大爆發(fā),因此美國、歐洲和日本都競相發(fā)展新一代運載火箭,俄羅斯和中國則將發(fā)射報價低廉的質(zhì)子火箭和“長征三號”火箭投入市場。美國研制航天飛機(jī)降低發(fā)射費用的努力失敗。
1986年“挑戰(zhàn)者”號航天飛機(jī)事故后美國空軍和航天局分道揚鑣,并在20世紀(jì)90年代主導(dǎo)研制了漸進(jìn)一次性運載火箭(EELV)。
EELV包含兩種運載火箭,分別是“宇宙神5”和“德爾塔4”,在2002年和2003年先后投入使用,服役型號的最大運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”運載火箭于1996年首次發(fā)射,其同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力約6.2噸,近地軌道運載能力約16噸。
日本宇宙開發(fā)集團(tuán)(NASDA)研制的“H—II”型運載火箭于1994年首次發(fā)射,“H—II”火箭在近地軌道運載能力約10噸。
為了發(fā)射國際空間站所用的“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)移軌道運載能力達(dá)到了8噸,國際空間站軌道運載能力約16.5噸。
總地講,美、歐、日新一代運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)射專門研制的運載火箭,具有通用化、組合化和系列化的特點,不僅使用了各種新技術(shù),還顯著降低了發(fā)射費用。
俄羅斯的“質(zhì)子號”火箭在運載能力上可與美、歐、日的新一代火箭相媲美,但發(fā)射報價要低得多。相比之下中國運載火箭就要遜色得多,1997年首次發(fā)射成功的“長征三號乙”運載火箭的同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力僅有5.1噸,即使后來者“長征二號E”火箭的近地軌道運載能力也僅有9.2噸,與世界主流水平拉開了一些差距。
為了追趕國際先進(jìn)水平,中國航天部門展開了新一代運載火箭的研究,著力瞄準(zhǔn)無毒、無污染、高性能、低成本和大推力的大型液體運載火箭的研制,其設(shè)計思想以通用化、系列化、組合化為重點,采用“一級半”或“二級半”結(jié)構(gòu),運載能力將達(dá)到近地軌道25噸,地球同步轉(zhuǎn)移軌道24噸,這將會大大超過世界同類衛(wèi)星運載工具的物理性能,進(jìn)而在茫茫蒼穹精彩亮劍。
二、蒼穹大點兵
(一)世界運載火箭第一方陣全觀察
運載火箭是當(dāng)今人類航天科技及航天工業(yè)的核心技術(shù)和主要航天運載器,是一國航天能力的重要標(biāo)志。
50年前,美國和蘇聯(lián)是世界上僅有的兩個擁有運載火箭的國家。20年前,具有經(jīng)常性火箭發(fā)射能力的只有美國、蘇聯(lián)、歐洲和中國。而今天,自行開展航天發(fā)射的國家已是那時的將近兩倍。今后5年里,超過15個國家共計劃開展100多項航天任務(wù)。據(jù)預(yù)測,2008—2017年間,全球共將生產(chǎn)一次性運載火箭630多枚。
中國近年來在火箭發(fā)射次數(shù)上趕超了歐洲,尤其是“長征二號F”火箭已經(jīng)成為目前全球僅有的三種軌道載人運載器之一。
現(xiàn)實地看,中國的運載火箭可靠性比較高,但在推力能夠滿足現(xiàn)有計劃的情況下,中國仍未制訂任何研發(fā)大推力火箭的計劃。這使得中國火箭的運載能力與歐美火箭強(qiáng)國存在相當(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“長征二號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。
中外主要運載火箭數(shù)據(jù)對比
從上表數(shù)據(jù)中可以看出,中國的運載火箭優(yōu)點是可靠性不錯,發(fā)射記錄良好(但是沒有經(jīng)過大密度發(fā)射的考驗);缺點是運載能力比較小——中國暫未制訂任何發(fā)展大推力火箭的計劃。這使得中國火箭推力與歐美火箭超過20噸級的推力相比,仍存在相當(dāng)大的差距。
另據(jù)有關(guān)資料,自20世紀(jì)60年代至今的半個多世紀(jì)時間里,全球共進(jìn)行了大約4500多次軌道發(fā)射,把1萬余個衛(wèi)星、飛船、實驗設(shè)備、探測器、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)到太陽系以外的任務(wù)等各類任務(wù),其中約有290余項為載人航天任務(wù)。
圖2-1 各國1999—2008年間成功進(jìn)行的軌道發(fā)射
統(tǒng)計表明,在21世紀(jì)頭10年中,各國在太空領(lǐng)域的競爭日趨激烈。其中,除了處于第一梯隊的俄、美外,處于第二梯隊的中、歐、印、日等國的太空發(fā)展步伐已逐步加快。
據(jù)統(tǒng)計,截至2013年,已研制出航天運載火箭的國家有13個,即中國、法國、印度、伊朗、以色列、意大利、日本、朝鮮、俄羅斯、韓國、烏克蘭、英國和美國。其中,意大利和英國已放棄了獨立的運載計劃,烏克蘭已暫停了其計劃,朝鮮和韓國還正在期待實現(xiàn)成功的發(fā)射。這樣正在從事發(fā)射活動且能將有效載荷送入軌道的國家就只有8個。還有一些國家已表達(dá)了發(fā)展本國運載能力的意愿,如巴西在過去10年里開展了一些運載火箭研制工作。
綜合看來,美國、俄羅斯在運載火箭技術(shù)上,略勝其他國家一籌,目前世界上僅有的三種軌道載人運載器,就是分別來自美、俄的航天飛機(jī)、“聯(lián)盟號”火箭以及中國的“長征二號F”火箭,而中國、歐空局、日本等國家也有較長的運載火箭發(fā)射歷史,印度、韓國、巴西等國家正在積極發(fā)展。
圖2-2 各國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
以下我們對上述國家和聯(lián)合體的運載火箭做一個簡單的比較。
1.中國:近年發(fā)射次數(shù)趕超歐洲
經(jīng)過幾代航天人半個世紀(jì)的研發(fā)歷程,中國的“長征”系列運載火箭已逐步發(fā)展成多發(fā)射任務(wù)需求、4個系列12個不同型號的大家族。其中有最早研制成功、發(fā)射我國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”的“長征一號”火箭;多次投入國內(nèi)外發(fā)射市場、為12個國家成功發(fā)射了42顆衛(wèi)星的“長征二號C”與“ 長征二號”捆綁式和“長征二號A”系列火箭,已實現(xiàn)3次載人航天、將6位中國航天員送入太空的“長征二號F”火箭以及正在研制的新一代運載火箭“長征五號”“長征六號”等。
中國近年來在發(fā)射次數(shù)上趕超了歐洲,主要是有國產(chǎn)有效載荷的需求和有競爭力的國際商業(yè)發(fā)射定價模式作保障。
目前,長征系列已經(jīng)實現(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,成為國際宇航市場上知名的高科技品牌。
隨著“鑫諾六號”衛(wèi)星的成功發(fā)射,長征火箭完成了它的第129次完美飛行。從以前的幾個月發(fā)射一次,到如今的二十幾天就要完成一次發(fā)射。在未來五年,我國還將發(fā)射大約100顆衛(wèi)星,這對于長征火箭來說,既是一個巨大的市場,同時也是進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化時代的一個新挑戰(zhàn)。
此后發(fā)射“嫦娥二號”奔赴月球的“長征三號丙”火箭由三級液體火箭捆綁兩個助推器組成,這種獨特的“非全對稱”火箭在“長征”系列里是唯一的。其靜地轉(zhuǎn)移軌道運載能力為3.8噸,全箭起飛重量為345噸,全長54.838米,不僅比發(fā)射“嫦娥一號”衛(wèi)星的“長征三號甲”運載火箭高出了2米多,其運載能力也提高了1.2噸,能直接將“嫦娥二號”衛(wèi)星送入地月轉(zhuǎn)移軌道,節(jié)省奔月時間。目前,“長征三號丙”運載火箭已正式投入國際衛(wèi)星商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場。
同時,基于世界航天科技發(fā)展趨勢需要,中國正在研制的新一代無毒無污染重型運載火箭——“長征五號”系列,其運載能力與歐洲“阿麗亞娜5”基本同級。在設(shè)計理念上,“長征五號”實行模塊化設(shè)計,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)。
按計劃,“長征五號”運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噸級長期有人照料的空間站、大型空間望遠(yuǎn)鏡、返回式月球探測器、深空探測器、超重型應(yīng)用衛(wèi)星等。
2.俄羅斯:發(fā)射次數(shù)絕對領(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)了其航天大國的悠久歷史。
值得一提的是,“聯(lián)盟號”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載火箭“R-7”的后代。算上“聯(lián)盟號”的所有型號,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”火箭的主要任務(wù)包括為國際空間站運送人員和貨物。在航天飛機(jī)退役和美國新的載人發(fā)射系統(tǒng)投入使用之間的時段里,“聯(lián)盟號”預(yù)計將成為能向國際空間站運送機(jī)組成員的唯一運載器。
“質(zhì)子號”是俄現(xiàn)役運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載火箭。
近年來,“質(zhì)子號”一直在同時用于發(fā)射俄政府有效載荷和商業(yè)通信衛(wèi)星?!百|(zhì)子號”的增強(qiáng)型號“質(zhì)子M”配備了更高效的發(fā)動機(jī),能從拜科努爾航天發(fā)射場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:“戰(zhàn)神”系列火箭可能接替航天飛機(jī)
美國宇航局(NASA)在歷史上曾經(jīng)制造出“土星”這樣用于登月計劃的重型火箭。依靠軍事銷售,美國發(fā)射業(yè)仍然具有很強(qiáng)的競爭力,但越來越多地受到來自印度、歐洲和中國等后起之秀的挑戰(zhàn)。
與別國不同的是,美國擁有航天飛機(jī)作為航天運載器,其研發(fā)機(jī)構(gòu)“NASA”已宣布退役,并已開始研制兩種新的運載器,以用于取代航天飛機(jī)。
2009年10月,美國對新型的“戰(zhàn)神1號”(Ares I)火箭進(jìn)行了測試發(fā)射,“戰(zhàn)神1號”火箭是自 1981 年的航天飛機(jī)計劃以來“NASA”研發(fā)的第一枚新設(shè)計的火箭。
“戰(zhàn)神”系列運載火箭計劃中包含“戰(zhàn)神1號”“戰(zhàn)神4號”和“戰(zhàn)神5號”運載火箭,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”運載火箭屬載人性質(zhì),計劃運載“獵戶座”飛船運送宇航員,其他兩者為向月球運載相關(guān)器材等設(shè)備。
“戰(zhàn)神5號”重型火箭是為支持飛往月球等深空探測任務(wù)而提出的,預(yù)計首次試飛將會在2018年前后進(jìn)行。
4.歐洲:商業(yè)運載火箭荷載紀(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)盟各國或其他國家發(fā)射衛(wèi)星至太空中的媒介工具,其名稱來自神話人物“阿麗雅杜妮”(以法語發(fā)音)。該型火箭的發(fā)射場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,接手阿麗亞娜計劃中火箭建造、操作與商業(yè)營運等方面的事務(wù)。
早期的“阿麗亞娜”運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”運載火箭最為可靠。
其中,“阿麗亞娜-5”運載火箭可運送大型載荷。尤其是“阿麗亞娜-5”ECA型運載火箭于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)與對地觀測任務(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”運載火箭。
5.日本:低軌道發(fā)射能力兩倍于中國
日本目前現(xiàn)役的運載火箭主要是“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190億日圓(約13億人民幣),比起國際競爭者如“阿麗亞娜”火箭十分昂貴。后來,新一代“H2-A”火箭開始研制,以降低發(fā)射費用。
近年來,日本在提高運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年將日本的首架無人太空補(bǔ)給機(jī)空間站轉(zhuǎn)運飛船(HTV)發(fā)射升空,標(biāo)志著日本運載火箭技術(shù)的最新成就?!癏2-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:仍未成功運用氫氧發(fā)動技術(shù)
印度目前擁有的運載火箭主要由“地球同步衛(wèi)星運載火箭”(GSLV)和“極地衛(wèi)星運載火箭”(PSLV)兩種。
地球同步衛(wèi)星運載火箭(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)動機(jī)的“GSLV-D3”火箭發(fā)射失敗,使印度想成為世界第6個擁有將重型衛(wèi)星送入地球靜止軌道的低溫液氫液氧發(fā)動機(jī)技術(shù)國家的希望破滅。截至目前,只有美國、俄羅斯、法國、日本和中國擁有這項技術(shù)。
極軌衛(wèi)星運載火箭(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622千米高的太陽同步軌道之能力,可讓印度的遙控通信檢測衛(wèi)星到達(dá)極地軌道,實際上商業(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,世界主要的大國均獨自或者合作擁有火箭商業(yè)發(fā)射能力,而無力自行開展航天發(fā)射的國家正在通過與航天大國合作來涉足航天領(lǐng)域,這就形成了商業(yè)發(fā)射的巨大市場。
目前,俄羅斯在全球商業(yè)發(fā)射市場上占據(jù)領(lǐng)先地位。2009年,俄羅斯進(jìn)行了10次商業(yè)發(fā)射,市場份額為42%。
同時,美國火箭占據(jù)了17%,歐洲占據(jù)了該市場的21%,而中國只進(jìn)行了1次商業(yè)發(fā)射,僅占市場的4%。日本和印度在商業(yè)發(fā)射市場上日漸活躍。以色列過去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“羅老號”運載火箭連續(xù)兩次發(fā)射失敗,仍在努力之中。
面對不斷增長的空間資源開發(fā)需求以及日益激烈的商業(yè)發(fā)射市場競爭環(huán)境,各航天大國在不斷改進(jìn)現(xiàn)有火箭的同時,大力研制新一代的商用運載火箭。
目前美國推出了“德爾它-4”和“宇宙神-5”兩個新型運載火箭系列;歐洲新研制了“阿麗亞娜-5”運載火箭;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,美國私人發(fā)射服務(wù)商開始介入商業(yè)發(fā)射服務(wù),例如太空探索公司“獵鷹9”火箭發(fā)射價格是5000萬美元,與發(fā)射價格為9000萬到1億美元的俄羅斯“質(zhì)子號”火箭運載能力近似。這表明這些新型火箭在發(fā)射服務(wù)行業(yè)的出現(xiàn)可能帶來新的商業(yè)發(fā)射機(jī)遇,并增強(qiáng)美國發(fā)射業(yè)的競爭力。
綜上所述,目前國際上運載火箭的發(fā)展,已經(jīng)進(jìn)入了一個多元時代。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,尤其是美國在放棄了航天飛機(jī)之后,出于商業(yè)發(fā)展和深空探測的需求,厚積薄發(fā)地重回了運載火箭發(fā)展之路,例如戰(zhàn)神系列火箭的起點定位就是將來重返月球的任務(wù)需求。而另一邊,歐空局在穩(wěn)穩(wěn)地占據(jù)國際商業(yè)發(fā)射的半壁江山的同時,不斷發(fā)展完善“阿麗亞娜”火箭系列。
世界主要航天國家運載火箭能力排名
而中國則從民用計劃、商業(yè)發(fā)射、載人航天和月球探測的實際需求出發(fā),不斷發(fā)展大推力、高可靠性的運載火箭,并以更高的發(fā)射密度,走出自己的高性價比產(chǎn)業(yè)化之路。
近年來,中國在火箭發(fā)射次數(shù)上趕超了歐洲,并且“長征二號F”火箭已經(jīng)與美國的航天飛機(jī)、俄羅斯的“聯(lián)盟號”火箭一起成為世界上僅有的三種軌道載人運載工具。
理性地看,中國的運載火箭可靠性比較高,但由于諸多條件(比如鐵道運輸?shù)龋┫拗疲篌w積和推力的火箭尚未誕生,這使得中國火箭的運載能力與歐美火箭強(qiáng)國存在相當(dāng)差距。不過中國已經(jīng)在確定海南文昌發(fā)射場建成后開始設(shè)計研制大推力火箭,這將使中國火箭的運載能力與歐美火箭之間的差距逐步縮小。
(二)“長征”神劍競風(fēng)流
我們知道,航天技術(shù)的特點是飛行器必須依靠本身具有的速度掙脫地球或太陽的強(qiáng)大引力,在極高真空的宇宙空間以類似于自然天體的運動規(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)俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基、美國科學(xué)家戈達(dá)德和德國科學(xué)家奧伯特的努力,闡明了利用火箭能夠開展航天活動的基本理論,才奠定了現(xiàn)代火箭問世的基礎(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日成功地點燃了歷史上第一枚液體火箭,成為液體火箭的實際創(chuàng)始人。
到了20世紀(jì)40年代,納粹德國出于戰(zhàn)爭的需要,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。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,但對現(xiàn)代大型火箭的發(fā)展起到了繼往開來的作用。德國戰(zhàn)敗后,美國和蘇聯(lián)分別繳獲了大量“V-2”火箭實物、部分科研人員與設(shè)備資料,為各自后來迅速發(fā)展火箭技術(shù)創(chuàng)造了有利條件。世界上發(fā)射航天器的運載火箭,也是這兩個國家首先研制出來的。
從技術(shù)上講,運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)。科學(xué)家根據(jù)航天器遨游太空的區(qū)域不同,這個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動時必須具備的速度,也叫環(huán)繞速度。不計大氣阻力和地球自轉(zhuǎn)的影響,可以計算出V1=7.9千米/秒。
第二宇宙速度V2。當(dāng)人造航天器超過第一宇宙速度V1達(dá)到一定值時,就會脫離地球的引力場而成為圍繞太陽運行的人造行星。這個速度就叫做第二宇宙速度,亦稱逃逸速度。不計大氣阻力和地球自轉(zhuǎn)的影響,可以計算出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。不計大氣阻力和地球自轉(zhuǎn)的影響,可以計算出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93萬千米處時便脫離地球引力,在太陽引力作用下運行。它相對太陽的軌道是一條拋物線,最后將飛離太陽系。
為了確?;鸺w行,人們設(shè)計了多級火箭,多級火箭由兩級以上的火箭組成,每級火箭可獨立工作。從結(jié)構(gòu)上來說,多級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。
由于隨著級數(shù)的增加,運載火箭變得更為復(fù)雜,致使其可靠性下降,因此常用的運載火箭多為2—4級。
而對發(fā)射載人航天器的火箭,對其可靠性要求更高,一般為2—2.5級。所謂2.5級火箭,就是在兩級串聯(lián)火箭的第一級周圍再捆綁幾個助推器,以增加起飛推力。進(jìn)行發(fā)射時,助推器雖然和第一級火箭基本上同時點火,但其先工作完畢并脫離,故稱為半級火箭。
發(fā)射航天器時,垂直豎立在發(fā)射架旁的多級運載火箭,點火后逐級工作、熄火并被拋掉,每一級都使火箭的飛行速度增加一個數(shù)值,直到末級火箭脫離,將有效載荷增至所需速度并送入預(yù)定軌道運行為止。值得指出的是,人類研制的多種運載火箭,早已分別成功發(fā)射了具有不同宇宙速度的多個航天器。有的已經(jīng)飛到太陽系邊緣,正向恒星際空間遨游。
現(xiàn)代火箭的優(yōu)勢,不僅在于它是一種完全依靠發(fā)動機(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,就被稱為運載火箭;當(dāng)火箭頂端裝載戰(zhàn)斗部時,就成為導(dǎo)彈;當(dāng)火箭頂端儀器艙內(nèi)裝載探空裝置,用來探測大氣層有關(guān)參數(shù)時,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)級數(shù)多少、有無控制、能源種類、用途不同來進(jìn)行分類:按照有無控制,可分為無控火箭和有控火箭。航天活動和導(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力裝置。電火箭、核火箭和太陽能火箭又統(tǒng)稱為非化學(xué)能火箭。
目前,個別的電火箭和核火箭已在航天器上使用。太陽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)動機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)水平來說,單級火箭所能達(dá)到的飛行速度不超過每秒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,需用多級火箭來發(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器等航天器的運載工具都是多級火箭。正是這種現(xiàn)代運載火箭,才幫助人類叩開了天宇之門。
為了進(jìn)行航天發(fā)射,世界各國已在地面建設(shè)了多個航天器發(fā)射場。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,俄羅斯的普列謝茨克發(fā)射場和卡普斯丁亞爾發(fā)射場,美國的肯尼迪航天中心和范登堡發(fā)射場,中國酒泉、西昌、太原三個衛(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航天中心等。同時,這些國家和地區(qū)還建有相應(yīng)的航天測控網(wǎng)或深空網(wǎng)。
天弓勁,神劍猛。隨著中國酒泉、西昌、太原三個衛(wèi)星發(fā)射中心相繼進(jìn)入世界頂尖航天發(fā)射場序列,在風(fēng)雨中砥礪健行的長征系列火箭將在勁弓給力下暢行漫漫蒼穹。
我們這么講,是因為今天的中國長征火箭已在與時俱進(jìn)中化魚成龍,有了沖天的豪情和志氣。
目前,“長征”系列火箭覆蓋了地球的低、中、高軌道范圍,近地軌道運載能力為0.3—9.5噸,地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力為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,作為世界著名運載火箭家族之一,“長征”火箭在低溫高能燃料發(fā)動機(jī)技術(shù)、高空二次點火技術(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。
“長征” 系列火箭誕生33年來,已在東方大地與太空之間畫出一道道亮麗軌跡,與俄羅斯的“東方號”“上升號”“聯(lián)盟號”“質(zhì)子號”“宇宙號”“天頂號”和“能源號”,美國的“雷神”系列、“宇宙神”系列、“德爾塔”系列和“大力神”系列及“阿波羅號”,歐洲空間局的“歐里安”系列,日本的“H-1”系列、“H-2”系列等有國際影響力的航天運載器在漫漫天路上交相輝映。
從1970年4月至2006年10月,我國有12種“長征”系列運載火箭分別從酒泉、西昌、太原三個衛(wèi)星發(fā)射中心起飛,在西安和北京測控中心及其地面臺站以及海上“遠(yuǎn)望號”測量船的配合下,共發(fā)射了75顆不同功能的國產(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,使我國在20世紀(jì)80年代即跨入世界航天大國的行列。就發(fā)射成功率來講,長征系列運載火箭已達(dá)90%以上,居于世界一流水平。
1985年10月26日,我國政府宣布,將“長征”系列運載火箭投放國際航天發(fā)射服務(wù)市場,使其成為商用火箭,并成功地將28顆國外衛(wèi)星送入合同規(guī)定的軌道,為國家贏得了良好聲譽(yù)。
附1:長征火箭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:太陽同步軌道(Sun-synchronous orbit)
附2:長征火箭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:長征火箭國際商業(yè)發(fā)射記錄表