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每日热文：长征新一代运载火箭，有啥特点？

来源：科普中国

长征新一代运载火箭主要是我国因应航天事业发展需求、顺应运载技术发展趋势、面向国际市场激烈竞争而发展的，是与上一代运载火箭有着明显技术路径差异和功能性能提升的新型运载火箭系列。


(资料图)

上一代长征火箭支撑起绝大多数卫星发射

要想了解长征新一代运载火箭，还需要首先把眼光放回到上一代长征运载火箭身上。

我国的第一代运载火箭是基于以四氧化二氮和偏二甲肼组合而成的有毒的推进剂体系，以及单推力室推力为70吨级的主发动机模块。它们最早都是由我国的长征二号运载火箭牵引研制出来的，成为后续运载火箭发展的基础。

长征二号F运载火箭（中国航天报记者 宿东 摄）

在“长征二号”的技术基础上，通过捆绑助推器、加装第三级等模式，发展出了多种系列的长征运载火箭，包括“长征二号”系列、“长征三号”系列、“长征四号”系列等。

现役的第一代运载火箭支撑了我国目前绝大部分卫星发射任务，涵盖近地轨道、太阳同步轨道、地球同步转移轨道以及更远的月地转移轨道。

总体思路与设计思想

随着时代的发展，老一代长征火箭的技术潜力基本已经被挖掘殆尽。在这样的背景下，我国于2006年10月决策开展新一代运载火箭研制。我国新一代运载火箭遵循“一个系列、两种发动机、三个模块”的总体思路，并贯彻“通用化、组合化、系列化”的设计思想。即通过组合液氧/煤油、液氢/液氧两种动力系统，5米、3.35米、2.25米三种直径箭体模块，通过模块化的不同组合，形成不同运载能力的新一代运载火箭系列，支撑我国各种发射任务。

绿色、无毒、无污染

纵观新一代运载火箭，其最大的特点就是“绿色无毒”。

我国第一代运载火箭继承于液体导弹，主要使用的推进剂组合是偏二甲肼和四氧化二氮，属于有毒推进剂。尤其是偏二甲肼，不仅无色无味，还能直接透过皮肤进入人体。即使掉落到地上，也能和空气反应生成对肝脏有剧毒的二甲基亚硝胺，存留于土壤和地下水中。这些常规推进剂在地面运输、贮存、加注等一系列过程中，都需要进行严格的防护，否则就会对自然环境和人身健康造成不可逆转的危害。常规推进剂的处理需要付出巨大的成本代价，不符合绿色环保的国际发展潮流。

当前国外主流运载火箭均采用液氧烃类绿色环保推进剂，我国需要在太空探索活动中顺应发展潮流，实现环保与环境友好。有鉴于此，将这些有毒的推进剂替换为无毒的绿色推进剂，降低地面发射准备的危险性，就成为我国发展新一代运载火箭的重要考虑因素之一。新一代运载火箭采用无毒无污染的液氧、液氢、煤油作为主要推进剂。

四款新型发动机

新一代运载火箭的第二个突出特点就是“模块通用”。

为了最大程度节约研制成本，我国新一代运载火箭贯彻了模块化研制的思路。对这一点体现最完美的就是新一代运载火箭的发动机了。在新一代运载火箭研制中，主要研制了四型新的火箭发动机，分别是120吨级的YF-100、50吨级的YF-77、9吨级的YF-75D、18吨级的YF-115。

YF-100火箭发动机是一种以液氧/煤油作为推进剂的，分级燃烧循环火箭发动机。发动机地面推力约120吨，地面比冲约300秒，喷口直径约1.4米，可以65%节流以调节推力。YF-100火箭发动机采用了先进的富氧预燃分级燃烧循环，即少量的煤油燃料与全部液氧氧化剂在燃气发生器内发生燃烧反应，生成温度较低的高压富氧燃气。以这样的富氧燃气驱动燃气涡轮泵工作，对来自于贮箱的推进剂进行增压，将推进剂挤压到发动机主推力室中进行燃烧产生推力。YF-100火箭发动机按照多次使用设计，实现了单台发动机多次地面试车，具有重复使用的潜力。

YF-77火箭发动机是一种以液氧/液氢作为推进剂的燃气发生器循环火箭发动机。发动机地面推力约52吨，喷口直径约1.45米。YF-77火箭发动机是我国自主研制的首台大推力、地面点火启动的氢氧火箭发动机。

YF-77氢氧发动机

YF-75D火箭发动机是一种以液氧/液氢作为推进剂的，闭式膨胀循环火箭发动机。YF-75D发动机真空推力9吨，采用双涡轮泵串联、泵前摇摆方案，喷管面积比80:1，比冲约442秒，具备二次启动工作能力。

YF-115火箭发动机是一种以液氧/煤油作为推进剂的，富氧补燃循环火箭发动机。YF-115火箭发动机真空推力18吨，采用火药启动器起动与转级，喷管面积比88:1，比冲约342秒。

通过对这些火箭发动机的不同数量组合运用，支撑形成了新一代运载火箭。“长征五号”使用了8台YF-100、2台YF-77、2台YF-75D；“长征五号乙”使用了8台YF-100、2台YF-77；“长征七号”使用了6台YF-100、2台YF-115；“长征六号”使用了1台YF-100、1台YF-115。

性能大跨越

新一代运载火箭的第三个突出特点就是“性能跨越”。

新一代运载火箭大量采用了国际最新技术，其发动机系统、增压输送系统、控制系统、测量系统、伺服系统、结构系统等都是全新的，能够比肩国际一流。由于技术实现重大跨越，运载效率大幅提升，运载能力实现成倍或数量级增长。

长征六号运载火箭为三级串联构型，具备适应简易设施发射的能力，可实现7天快速发射，700千米太阳同步轨道的运载能力为1吨。捆绑构型的“长征七号”具备近地轨道13.5吨、700千米太阳同步轨道5.5吨的运载能力。“长征五号”更是具备了近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力。

长征五号运载火箭（中国航天报记者 王磊摄）

尽管“长征五号”实现了运载能力的全面扩展，但是作为日常使用的火箭，它还是太过奢侈了。毕竟要使用满那么大的运载能力，还是一件不容易的事。因此，在长征七号运载火箭的基础上进行了进一步的改进，那就是面向太阳同步轨道的“长征八号”和面向地球同步转移轨道的“长征七号甲”。

长征八号运载火箭为两级半构型，芯一级继承长征七号运载火箭一子级状态，芯二级继承长征三号甲系列运载火箭三子级状态。填补了我国700千米太阳同步轨道3吨～4.5吨运载能力的空白。

长征七号甲运载火箭一级、二级及助推器基本上继承长征七号运载火箭，三子级基本继承长征三号甲系列运载火箭的液氢液氧末级，满足地球同步转移轨道5.5吨～7吨的运载能力。

关键词： 运载火箭 火箭发动机 运载能力

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