細數長征七號一連串「新」

科技 06-26

細數長征七號一連串「新」

兩天前，航天科技集團運載火箭技術研究院長征七號火箭副總指揮張濤向媒體描述了當時的心情：激動、期待，也有點緊張，「好像要送孩子參加高考。」

長征七號火箭通過了大考。25日晚，它首飛成功，鳴響了我國載人航天工程空間實驗室任務的「發令槍」，也標誌著我國在載人航天工程和新一代運載火箭研製中取得了重大突破。

長征七號是為滿足我國載人空間站工程發射貨運飛船需求，以及未來載人運載火箭更新換代的長遠需求，全新研製的新一代中型運載火箭。該火箭採用「兩級半」構型，總長53.1米，芯級直徑3.35米，捆綁4個2.25米的助推器，起飛重量597噸，運載能力將達到近地軌道13.5噸、太陽同步軌道5.5噸，達到國外同類火箭先進水平。記者了解到，預計到2021年左右，長征七號將逐步替代大部分現役運載火箭，承擔更多航天發射任務。

「從組建隊伍開始，長征七號『8年磨一劍』。」張濤說，該火箭採用了新動力、新布局、新結構……一連串「新」字，代表了對過去的突破，也意味著全新的挑戰。

設計從「連環畫」變成「3D電影」

長征七號是首個揭開神秘面紗的「數字火箭」，它採用全數字化手段完成研製，突破了三維協同設計、三維設計數據管理及基於三維的流程模擬、飛行綜合性能模擬等多項關鍵技術，打通了從設計到製造的全三維流程。

記者了解到，該火箭在全研製流程中沒有一張紙質圖紙，研製團隊稱其設計從紙質「連環畫」變成了「3D電影」。

在生產加工階段，該火箭實現了「一鍵式」加工。過去加工某金屬零部件，先要根據二維圖紙畫出工序草圖，手工編製工藝規程，然後進行車、銑、鏜等系列工序。如今從原材料變為成品，只需按動數控機床按鈕即可完成，且合格率達100%。

在試驗、裝配階段，該火箭應用了「虛擬現實技術」，可實現虛擬裝配、虛擬試驗，模擬火箭實際裝配和試驗環境，提前預見可能發生的問題，確保火箭試驗、裝配一次成功。長征七號的研製成功，代表了我國運載火箭研製的最高水平，使我國新一代運載火箭的數字化設計能力躋身國際先進行列。

新動力高效環保

採用我國具有自主知識產權的兩種新型液氧煤油發動機，不僅綠色環保，而且提高了火箭性能，平均成本僅為常規推進劑的十分之一。

張濤介紹說，過去我國單台火箭發動機最大推力為75噸，而長征七號發動機的推力達到120噸，提升了約60%。

同時，傳統火箭需要在發射前幾小時內加註燃料，而長征七號經過專門的設計和演練，加註的低溫燃料可以安全停放24小時，創下了低溫燃料停放時間最長紀錄，可為火箭的成功發射爭取了更多有利時間。「加註燃料以後如果遇到什麼問題，比如儀器、設備出現故障，爭取這個時間，可以有24小時把故障排除。」張濤說。

新結構帶來更多挑戰

長征七號的外形和我國現有的火箭體型差別不大，但為了儲存更多的燃料，提供更強的動力，它的助推器長約27米，接近現役火箭助推器長度的兩倍，而這種改變也要求對火箭的設計進行全面更新。

記者了解到，傳統火箭固定助推器需要兩個捆綁點，而長征七號又增加了一個捆綁點，載荷、捆綁裝置等設計難度大大增加，但可靠性大幅提升。

複雜的結構也給長征七號控制系統帶來了全新挑戰。為了更精確地控制飛行過程，該火箭控制系統和增壓系統實現了冗餘。控制系統創新採用了143項智能控制軟體，達到現役火箭軟體使用量的30倍，大大提高了控制精度。火箭每個艙段都裝有控制系統，改變了以往集中處理的方式，減輕了控制系統壓力，同時標誌著我國火箭控制系統向全面數字化控制模式發展。

大量改進對抗「風雨」

海南發射場氣候潮濕，降水量大，全年12小時內降水5毫米至15毫米的中雨較多。長征七號研製之初，設計團隊就將防水工作列為重中之重。他們在火箭部段對接處、細小的孔徑和縫隙處，都做了防水處理；在排氣孔處，設計實現了排氣防水雙功能並舉；針對低溫液體貯箱加註後無法避免的冷凝水聚集問題，開設了排水孔。

「但到這裡合練以後，發現很多控制系統、測量系統，還是有潮氣從插頭處進去。一旦火箭出現漏電、短路，將對發射構成巨大威脅。」張濤說，任務團隊為此開展了大量改進工作。

同時他介紹，海南發射場的淺層風是內陸所沒有的，而且風力較大，最高風速可達每秒25米左右，大大超出了火箭轉場的承受極限。通過改進，長征七號已能在每秒20米風速下完成轉場。

除了能適應海南發射場的氣候環境，長征七號沿用了長征火箭家族3.35米直徑的設計，也可以通過陸路運往內陸發射場，適應能力更強。

新三垂模式讓發射更簡便

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。同時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，有效提高了發射的可靠性。這也縮短了發射工作時間，降低了火箭轉場後遇到惡劣天氣再返回技術區情況的發生概率。

近期載貨，遠期載人

作為新一代中型運載火箭，長征七號將開啟我國航天任務的全新階段，應用前景十分廣闊。

記者了解到，該火箭完成首飛任務之後，下一步將承擔我國首個空間貨運飛船——天舟一號的發射，為我國長期有人照料的空間站搭建起天地運輸走廊。通過一定子樣的飛行考核驗證後，還將具備執行載人飛船發射任務的能力。

此外，通過簡單的適應性改造，該火箭在短期內即可具備發射高、中、低軌各種應用衛星的能力，以滿足當前國內外主流衛星發射市場的迫切需求，成為中國航天面向市場化、國際化的主力火箭和金牌火箭。

預計到2021年左右，長征七號各項技術趨於穩定時，將承擔我國80%左右發射任務。

（科技日報海南文昌6月25日電）