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長征七號
 

長征七號運載火箭(英文:Long March 7,縮寫:CZ-7),其前身是長征二號F換型運載火箭(縮寫:CZ-2F/H)。火箭由中國運載火箭技術研究院(航天一院)為總體研製單位。

長征七號採用「兩級半」構型,運載能力將達到近地軌道13.5噸,太陽同步軌道5500千克,預計將於2016年前後送天舟貨運飛船升空與天宮二號對接。預計到2021年火箭各項技術趨於成熟穩定時,將逐步替代現有的長征二號、三號、四號系列,承擔我國80%左右的發射任務。

2016年6月25日20時22分,我國全新研製的長征七號運載火箭,在新建的海南文昌航天發射場發射升空,成功將載荷送入預定軌道。2017年3月,長征七號遙二運載火箭順利通過了出廠評審。2017年3月11日,長征七號運載火箭安全運抵文昌航天發射場,開展發射場區總裝和測試工作。[1]

中文名稱:長征七號運載火箭(CZ-7)

外文名稱:LM-7或Long March 7

起飛推力:720噸

首飛時間:2016年6月25日20時00分

準則:設計數字化、模裝數字化、試驗預試化、生產自動化、管理信息化

所屬國家:中華人民共和國

研製單位:中國運載火箭技術研究院

SSO運載能力:5500千克

GTO運載能力:7000千克

發射場:中國海南航天發射場

級 數:兩級半

助推器:4*120噸推力單擺YF-100發動機

第一級:2*120噸推力雙擺YF-100發動機

第二級:4*18噸推力雙機雙擺YF-115發動機

總 長:53.1米

起飛重量:594噸

研製背景

2020年前中國將發射大量各種軌道的航天器,對運載火箭 尤其是中型運載火箭的需求比較旺盛,中國已經立項研製了CZ-5、CZ-6、CZ-7運載火箭,其中的長征七號(CZ-7)運載火箭是為滿足載人航天工程發射貨運飛船的迫切需求而優先發展的中型運載火箭。[2]

長征七號火箭的最早原型是長征二號F/H型,即利用長征二號F型的成熟技術,在大體不變的情況下換成新研製的 液氧煤油發動機,即換髮型(H型)。在同一時間上,研製的長征五號系列運載火箭也分為大、中、小三型,其中3.35米直徑的中型與長征二號H型有一定的技術和用途重疊性。最後決定研製一種新型中型火箭,其綜合長征二號的成熟技術又同時運用長征五號的新技術,並賦予新的編號「長征七號」。

研製原則

基本型:以滿足載人航天工程後續任務要求的CZ-7為基本型,論證中型火箭其他構型的方案。

系列化:以基本型為基礎,通過調整助推器個數或種類和增加上面級三子級實現中型火箭的系列化。如:後續型號從二級半發展成三級半(CZ-734型),從全煤發動機發展成上面級為氫氧級(CZ-720(HO)型)等等。

繼承性:充分繼承新一代大型運載火箭和在役運載火箭的已有研製成果;所有構型使用的液體發動機均基於中國已有或正在研製的液氧煤油和液氫液氧發動機;固體助推器基於正在研製的120噸推力的固體發動機。如:CZ-7繼承了CZ-2F型的成熟技術,液氧煤油發動機採用與CZ-5使用同型號的YF-100發動機和CZ-6使用的同型號的YF-115發動機。

適應性:優先發展的構型之間運載能力梯度合理,基本滿足未來中型有效載荷的不同任務的發射需求。長征七號的運力區間從1噸到15噸,軌道覆蓋從LEO、SSO、GTO、GEO等不同軌道。

經濟性;為滿足大量的中等運力發射需求,所發展的構型應滿足經濟性要求,努力降低發射成本。如:CZ-2的推進劑為有毒肼類燃料,CZ-7的推進劑為無毒煤油,價格僅為前者的三十分之一。

簡介

長征七號(CZ-7)為中型二級四助推液體火箭。共有兩個方案,載貨用火箭總長53.2米,載人用火箭總長59.4米,載貨方案火箭整流罩直徑4.2米,載人方案火箭整流罩直徑3.8米,載貨用火箭起飛質量593噸,載人用火箭起飛質量597噸,兩方案起飛推力均為735噸。按軌道高度200/400千米、軌道傾角42°計算,載貨方案火箭運載能力不低於13.5噸(海南發射),載人方案火箭運載能力不低於11.5噸(酒泉發射)。或級庵進行SSO有效載荷發射,700千米SSO運載能力5.5噸。

2016年6月25日20點,由中國航天科技集團公司研製的我國新一代中型運載火箭長征七號在海南文昌航天發射場飛向太空,拉開了載人航天工程空間實驗室任務的大幕。經過603秒飛行後,長征七號火箭將載荷組合體送入既定軌道,長征七號火箭發射取得圓滿成功。[3]

長征七號是中國載人航天工程為發射貨運飛船而全新研製的新一代中型運載火箭。箭體總長53.1米,芯級直徑3.35米,捆綁4個直徑2.25米的助推器。

與目前承擔載人航天工程的長征二號F相比,長征七號的火箭結構發生重大變化,比如原來的捆綁式火箭是兩點支撐,長征七號是三點支撐,助推器長度也增長了近一倍。自2010年正式立項以來,研製團隊先後完成32項關鍵技術攻關,完成了289項初樣大型地面試驗。比如全箭模態試驗,需把火箭綁在高達93米的全箭振動塔上「盪鞦韆」,模擬出火箭從起飛到助推器分離前100多秒的真實飛行狀態。[4]

技術特點

1、新動力——火箭更「環保」。長征七號運載火箭是採用全液氧煤油的「綠色」火箭,液氧和煤油燃燒後生產二氧化碳和水,不會對環境造成污染。新的動力系統更加順應國際潮流,火箭安全性高,發射場保障容易。

2、新布局——可靠性大幅提升。長征七號運載火箭的外形和我國現有的火箭體型差別不大,但為儲存更多燃料,提供更強動力,它的助推器長約27米,接近現役火箭助推器的2倍,而這種改變需要對火箭助推器進行全新設計。傳統火箭固定助推器需要兩個捆綁點,而長征七號運載火箭又增加了一個捆綁點,相比現役火箭靜定的捆綁方案,長征七號運載火箭載荷、捆綁裝置等設計難度加大,可靠性大幅提升。

3、新環境——火箭適應性更強。長征七號運載火箭是在海南文昌新發射場發射的第一枚火箭,通過一系列技術創新克服了新型動力系統,以及多發動機並聯導致的箭上和地面嚴酷的力、熱環境;克服了海南發射場高溫、高濕、鹽霧、淺層風及雷電等自然環境條件帶來的新挑戰。同時,在設計上始終堅持「短期載貨,長期載人;多種構型、全面覆蓋」的原則,不僅可在海南發射,未來也可在酒泉、西昌、太原等內陸發射場發射,運載能力覆蓋大多數主流衛星所需的運載能力,面向主流衛星市場,適應面更寬。型譜上,長征七號在火箭後續衍生構型更具多樣性和靈活性,適應面更廣。

4、新結構——第一枚全數字火箭。長征七號運載火箭採用了三維設計/製造技術,打通了從設計到製造的全三維流程(全三維協同、全三維設計、全三維製造、數字仿真試驗、數字化發射服務),是我國首枚「數字化」火箭,標誌着我國運載火箭邁入了全生命周期數字化的大門。同時,火箭採用了整體鍛環機加成型叉形環、貯箱壁板網格平板機械銑及滾彎成型等新工藝,將進一步促進「中國製造2025」國家戰略落地實施。

5、新體制——火箭更可靠。長征七號運載火箭是按照載人航天標準設計的火箭,控制系統和增壓系統實現了冗餘,其中控制系統採用三條1553B總線控制,基於三總線網絡實現全箭信息綜合、飛行控制;實現了遙、外測一體化設計,採用天基測控實現重要數據中繼傳輸,設計可靠性更高。未來成熟後將成為新一代載人火箭,用於發射新一代載人飛船。

6、新測發——火箭發射更簡便。火箭在發射場進行的垂直總裝、垂直測試、垂直轉場,被稱為「三垂模式」。現役火箭中採用的「三垂模式」,其箭地連接工作在技術區和發射區要進行兩次,而長征七號運載火箭採用的「新三垂模式」,僅一次對接就可以完成工作,狀態的一致性更好,且前端地面測發控設備在技術區進行了充分測試,轉至發射區以後出現故障的概率更低,有效提高了發射可靠性,同時也避免了火箭轉場後遇到惡劣天氣再返回技術區的情況發生。 [5]

發射任務

發射時間 火箭編號 載荷 軌道 發射場及工位 結果
2016年6月25日20時00分07秒413毫秒 長征七號 遙1 遠征1甲上面級、 多用途飛船縮比返回艙

遨龍一號空間碎片主動清理飛行器

2個天鴿飛行器、在軌加注實驗裝置、 翱翔之星

近地軌道 文昌航天發射場102工位 成功
2017年4月20日19時41分28秒 長征七號 遙2 天舟一號貨運飛船 近地軌道 文昌航天發射場102工位 成功

首飛任務

發射入軌

2016年6月25日20時00分00秒,我國新一代運載火箭長征七號 在海南文昌航天發射場點火,20時00分07秒413毫秒,火箭起飛升空。火箭升空約603秒後,載荷組合體與火箭成功分離,進入近地點200千米、遠地點394千米的橢圓軌道,長征七號運載火箭首次發射圓滿成功。這是長征系列運載火箭的第230次飛行。 [6]

20時38分,遨龍一號與組合體分離。21時42分,由西工大師生設計的小衛星「翱翔之星」成功與「擺渡車」分離,成功進入預定的350千米近地軌道。

搭載6項7個載荷

長征七號運載火箭首次飛行任務,是我國新一代中型運載火箭的首次研製性飛行試驗。為充分發揮長征七號運載火箭首飛的綜合效益,綜合統籌有關需求,長征七號搭載了遠征1A上面級、多用途飛船縮比返回艙、遨龍一號空間碎片主動清理飛行器、天鴿飛行器(2個)、在軌加注實驗裝置和翱翔之星立方星等6項7個載荷。

遠征1A上面級:本身也是一種航天器,具有獨立自主飛行、多次啟動、長時間在軌等特點,由長征七號運載火箭發射進入地球軌道後,能將其他有效載荷從某一軌道送入其他軌道或空間位置。遠征1A的主要任務是:驗證多次啟動、長時間在軌飛行等技術,並作為其它載荷的搭載平台,按程序將遨龍一號、翱翔之星、天鴿飛行器分別「擺渡」到不同的預定軌道,開展相關在軌試驗。

多用途飛船縮比返回艙(以下簡稱返回艙):多用途飛船

縮比返回艙高約2.3米,最大外徑2.6米,總質量約2600千克,採用返回艙加過渡段的兩艙構型,外形為全新的倒錐形,由長征七號搭載升空後在軌飛行時間約20小時。試驗的主要任務是:獲取返回艙飛行氣動力和氣動熱數據,驗證可拆卸防熱結構設計、新型輕量化金屬材料製造等關鍵技術,並開展黑障通信技術試驗,為後續新型載人飛船的論證設計和關鍵技術攻關奠定基礎。

遨龍一號——空間碎片主動清理飛行器:將在前期技術研究和地面試驗的基礎上,以模擬的空間碎片為目標,驗證碎片清除關鍵技術,任務結束後進行鈍化處理。

天鴿飛行器:此次搭載2個天鴿飛行器,將開展在軌信息中繼技術試驗,也可以作為信息中轉站,進行天地信息傳輸。

在軌加注實驗裝置:其作用類似於「空中加油機」,用於在空間軌道上為衛星、空間站等航天器進行氣、液補給,延長航天器的工作壽命。在軌加注實驗裝置與遠征1A上面級不分離,試驗任務結束後再入大氣層燒毀。

翱翔之星立方星:採用標準立方星理念設計,是由西北工業大學研究生及青年教師參與研製的世界首顆12U立方星,質量33千克,在軌工作壽命1年,將開展地球重力場測量、空間抗輻射實驗以及自然偏振光導航技術驗證等一系列創新實驗。 [7]

返回艙成功返回

2016年6月26日15時04分許,長征七號搭載的上面級和 返回艙組合體在飛行第13圈後,遠征1A上面級開始第三次點火返回制動,返回艙與上面級順利進入預定的返回軌道。隨後,上面級調整姿態使返回艙呈現與水平面約50多度的返回姿態。15時17分許,在距地面約170公里的太空中返回艙與上面級與分離。

級返分離後,上面級按預設程序開始第四次點火軌道制動,抬升至安全運行軌道。隨後,着陸場系統的測控設備開始對返回艙實施測控跟蹤,在經歷再入大氣層、通過黑障等階段後,在距地面20多公里高空,返回艙打開穩定傘並穩定姿態。緊接着,返回艙脫掉穩定傘,彈出傘艙蓋,打開了減速傘,主降落傘在減速傘的拖拉下成功打開。

15點41分,返回艙成功着陸在內蒙古巴丹吉林沙漠腹地的東風着陸場西南戈壁區,外觀良好,狀態正常。

23時,返回艙檢查回收完畢,安全轉運至酒泉衛星發射中心

多用途飛船縮比返回艙的成功回收,為後續新型載人飛船的論證設計和關鍵技術攻關奠定了重要基礎,標誌着我國長征七號運載火箭首飛任務既定目標全部實現。

重要意義

長征七號運載火箭首飛,是載人航天工程空間實驗室飛行任務的開局之戰,實現了「成功首飛」的預定目標,為後續任務打下了堅實基礎。此次發射,旨在驗證長征七號運載火箭設計正確性和各項性能指標,考核海南文昌航天發射場系統執行任務能力,檢驗工程相關系統間的協調性和匹配性。同時,長征七號火箭搭載多用途飛船縮比返回艙等載荷,將開展相關技術試驗。這是長征系列運載火箭的第230次飛行。[8]

相關視頻

1、長征七號發射

2、長征7號發射紀錄短片

參考來源

  1. 長征七號,中國航天科技集團網,2016年06月30日
  2. 政協委員:我國立項研製「長征七號」火箭,搜狐網,2010年03月05日
  3. 長征七號,中國航天科技集團網,2016年06月30日
  4. 綜述:解碼長征七號運載火箭,中新網,2016年05月15日
  5. 長征七號技術特點有「六新」,華龍網,2016-06-25
  6. 長征七號,中國航天科技集團網,2016年06月30日
  7. 西工大研製的「翱翔之星」隨長七一起飛天,北方網, 2016-06-26
  8. 我國新一代運載火箭長征七號首飛圓滿成功,保險門戶網,2016-06-27