运载火箭的系列发展
自 20 世纪 70 年代,中国先后研制成功“长征一号”“长征二号”“长征三号”和“长征四号”系列运载火箭。20 世纪 80 年代后期,在上述型号基础上又陆续研制了“长征二号E”“长征二号F”“长征三号甲”“长征三号乙”“长征四号甲”和“长征四号乙”等型号的运载火箭,满足了大容量应用卫星和载人飞船、空间实验室发射的需要。进入21世纪,新一代“长征”系列火箭研制成功,运载能力大为提高,可满足发射大型载荷和空间站舱段的需要。
“长征”系列火箭的奠基
“长征一号”运载火箭是在“东风四号”导弹基础上研制的,运载能力低,只发射过两颗卫星。1965 年 8 月中央专委第十三次会议批准中国科学院《关于发展我国人造卫星工作规划方案建议》,确定发展应用卫星为主的方针,其中遥感卫星是重点 。1967 年 9 月,第七机械工业部(以下简称“七机部”)召开返回式卫星方案论证会,确定运载火箭以“东风五号”洲际导弹为基础进行改制,用于发射返回式卫星。1970 年 6 月 5 日,周恩来主持召开中央专委会议,将火箭和返回式卫星列为国家重点建设项目。1973 年 11 月,七机部第一研究院(以下简称“七机部一院”)将这种火箭命名为“长征二号”,其近地轨道运载能力 1 800 千克。1974 年 11 月 5 日和 1975 年 11 月26 日,“长征二号”先后两次发射返回式卫星。1980 年,确定了“长征二号”改进型“长征二号丙”的技术状态,运载能力提高到 2 500 千克。
1970 年 6 月,七机部一院和中国空间技术研究院(五院)分别组织队伍,开展运载火箭和通信卫星新技术的研究。1970 年 11 月 9 日,国防科委委托七机部召开“东方红二号”通信卫星方案讨论会,研究了卫星的总体方案设想。1974 年 5 月 19 日,周恩来对通信卫星研制工作做了批示:“先将通信卫星的制造协作和使用方针定下来,然后按计划分工,做出规划,督促进行。”经过多年研究和论证,1977 年 12 月形成了发射通信卫星的两种火箭方案:一种是加装液氢液氧第三级组成的“长征三号”;另一种是加装常规第三级组成的“长征四号”。
“长征三号”可将 1 430 千克的卫星送入同步转移轨道,使用了低温液氢液氧发动机,突破了氢氧发动机失重条件下二次点火技术。1984 年 4 月 8 日,“长征三号”火箭将中国首颗试验通信卫星——“东方红二号”送入同步转移轨道。4 月 16 日,卫星定点成功。发射静止卫星是中国航天事业的一个重要里程碑。“长征四号”由上海航天技术研究院负责,其太阳同步转移轨道运载能力为 1 500—2 100千克。1988 年 9 月 7 日和 1990 年 9 月 3 日,“长征四号甲”火箭发射成功两颗“风云一号”卫星。“长征四号乙”太阳同步轨道运载能力达 2 200 千克,可用于发射地球资源卫星,1999 年和 2000 年 2 次成功发射地球资源卫星。
“长征”系列火箭的成熟
利用“东风五号”导弹为基础研制的长征火箭还包括“长征二号 E”“长征三号甲”系列火箭。研制目的是提高运载能力并打入国际航天发射市场。“长征二号 E”火箭以“长征二号丙”为芯级,在一级箭体上并联 4 个液体助推火箭,低轨道运载能力由 2.5 吨提高到 9.2 吨,配以不同上面级同步转移轨道运载能力可达 3.0—4.8 吨。1990 年 7 月 16 日第一枚“长征二号 E”火箭发射成功。截至 2002 年底,“长征二号 E”共计发射了 8 次。
“长征三号甲”在“长征三号”基础上,重点对第三级发动机进行改进。1994 年 2 月 8 日,“长征三号甲”首次飞行试验获得成功。1994 年 11 月和 1997 年 5 月又成功进行了 2 次发射。以“长征三号甲”为基础,分别捆绑 4 个和 2 个助推器组成“长征三号乙”和“长征三号丙”火箭,同步转移轨道运载能力分别为 5.0 吨和 3.7 吨。1996 年 2 月 15 日“长征三号乙”首次发射。“长征三号”甲、乙、丙这 3 个型号除用于通信卫星发射外,还用于气象卫星、导航卫星、“嫦娥”系列月球探测器的发射。
新一代“长征”系列火箭
20 世纪 90 年代,随着“长征三号甲”系列火箭的研制成功以及载人航天计划的实施,新一代火箭的规划工作开始。2001 年,中国运载火箭技术研究院提出新一代火箭的运载能力、推进剂种类、级数以及设计原则(即高可靠、低成本、低污染、模块化、通用化)。2002 年,该院确定“一个系列、两种发动机、三个模块”的总体发展思路,以及“通用化、系列化、组合化”的设计思想。2005 年,“长征五号”(代号:CZ-5)运载火箭正式立项。
“长征五号”火箭设计方案的“三个模块”是使用液氧/液氢发动机的 5 米直径模块、使用液氧/煤油发动机的 3.35 米直径模块和 2.25 米直径模块;“两种发动机”是地面推力 50 吨的 YF-77 氢氧发动机、地面推力 120 吨的 YF-100 液氧/煤油发动机。利用“三个模块”组合,可形成“长征五号”大型运载火箭、“长征七号”中型火箭和“长征六号”小型火箭,形成近地轨道运载能力 1.5—25.0 吨,地球同步转移轨道运载能力 1.5—14.0 吨的完整火箭系列。2015 年 9 月20 日,“长征六号”火箭发射取得成功,创造了我国“一箭 20 星”发射新纪录。“长征七号”低轨道运载能力 13.5 吨,达到国外同类火箭的先进水平。2016 年 6 月 25 日和 2017 年 4 月 20 日,“长征七号”两次发射成功。“长征五号”分别于 2016 年 11 月 3 日和 2017 年 7 月 2 日进行了 2 次发射。
为适应快速发射小卫星的需要,中国运载火箭技术研究院研制了中国第一枚全固体运载火箭“长征十一号”。该火箭为四级结构,700 公里太阳同步轨道运载能力 350 千克,低地球轨道运载能力 700 千克。“长征十一号”火箭具有可整体贮存、操作简单、发射成本低、发射周期短的特性,其最大的优势是“快速、便捷、灵活”。2015 年 9 月 25 日,“长征十一号”首次发射,成功将 4 颗微小卫星送入太空。截至 2018 年,“长征十一号”共进行了 6 次成功发射。
“长征五号”“长征六号”“长征七号”和“长征十一号”火箭使中国运载火箭技术得到显著提升,完善了火箭谱系,大幅提高了运载能力和国际竞争力。