解碼長(zhǎng)征七號(hào):中國(guó)未來主力火箭即將首飛
新華社北京6月25日新媒體專電(記者喻菲 楊春雪 屈婷)中國(guó)新一代中型運(yùn)載火箭——長(zhǎng)征七號(hào)近日將在海南文昌衛(wèi)星發(fā)射中心首飛,中國(guó)2020年前后建成的載人空間站就要靠它來發(fā)射貨運(yùn)飛船。
長(zhǎng)征七號(hào)的研制單位——中國(guó)航天科技集團(tuán)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院介紹,作為中國(guó)未來航天發(fā)射任務(wù)的“主力軍”,長(zhǎng)征七號(hào)還將滿足載人運(yùn)載火箭更新?lián)Q代的長(zhǎng)遠(yuǎn)需求。
長(zhǎng)征七號(hào)有多強(qiáng)大?
長(zhǎng)征七號(hào)火箭總長(zhǎng)53.1米,芯級(jí)直徑3.35米,捆綁4個(gè)直徑2.25米的助推器,助推器長(zhǎng)度為現(xiàn)役運(yùn)載火箭的2倍,起飛重量597噸。
它的運(yùn)載能力為近地軌道13.5噸,太陽同步軌道5.5噸,將中國(guó)中型運(yùn)載火箭近地軌道的運(yùn)載能力由8.6噸提高至13.5噸,達(dá)到國(guó)外同類火箭先進(jìn)水平。
火箭的運(yùn)載能力有多大,中國(guó)航天的舞臺(tái)就有多大。據(jù)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院介紹,中國(guó)目前研制規(guī)模和技術(shù)跨度最大的火箭——長(zhǎng)征五號(hào)將于今年下半年首飛,具備近地軌道25噸,地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸的運(yùn)載能力,與國(guó)際上主流運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力相當(dāng),將承擔(dān)發(fā)射嫦娥五號(hào)、空間站核心艙以及火星探測(cè)等具有里程碑意義的重大任務(wù),將大幅提高中國(guó)進(jìn)入太空的能力。
此外,中國(guó)15年內(nèi)有望發(fā)射重型運(yùn)載火箭。在目前的設(shè)計(jì)藍(lán)圖中,重型運(yùn)載火箭箭體直徑近10米,全箭總長(zhǎng)近百米,運(yùn)載能力是現(xiàn)有火箭運(yùn)載能力的5倍多,超過正在研制的美國(guó)下一代運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力,可滿足未來載人月球探測(cè)、火星取樣返回,太陽系行星探測(cè)等多種深空探測(cè)任務(wù)需求,保障中國(guó)在未來宇宙探索和更大更遠(yuǎn)空間的話語權(quán)。
設(shè)計(jì)變革:推進(jìn)劑更環(huán)保
不同于現(xiàn)役火箭多采用有劇毒的推進(jìn)劑,長(zhǎng)征七號(hào)采用中國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī),實(shí)現(xiàn)無毒、無污染。
由于液氧的溫度達(dá)零下183攝氏度,在研制火箭的試驗(yàn)中,每次低溫燃料加注后,試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的發(fā)射塔就像是個(gè)“大冷庫”。
雖然看起來是“鋼筋鐵骨”的大個(gè)子,體重幾百噸,但火箭體重的90%甚至更多都是燃料。由于燃料重量不能隨意增減,為了帶更多的“乘客”去太空,減輕火箭自重就成了關(guān)鍵。因此,“長(zhǎng)七”火箭外殼很薄,最薄處僅有0.8毫米,和雞蛋殼差不多,可以說是薄如蟬翼卻力量驚人。
同時(shí),長(zhǎng)征七號(hào)采用三維無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和制造技術(shù),代表了中國(guó)運(yùn)載火箭研制領(lǐng)域數(shù)字化的最高水平,研制能力接近波音、空客和NASA,標(biāo)志著中國(guó)新一代運(yùn)載火箭在數(shù)字化設(shè)計(jì)能力上已躋身國(guó)際先進(jìn)行列。
長(zhǎng)征七號(hào)的總體設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)也十分“搶鏡”:80%以上未滿35歲,46%擁有博士學(xué)位。
風(fēng)雨“難阻”發(fā)射
現(xiàn)役火箭發(fā)射時(shí)都會(huì)避開雷雨天,但海南文昌發(fā)射場(chǎng)氣候潮濕,降水量大,因此長(zhǎng)征七號(hào)采用防水設(shè)計(jì),就像給火箭穿上了金鐘罩鐵布衫,即使中雨也能發(fā)射。
此外,海南文昌發(fā)射場(chǎng)有“淺層風(fēng)”,給長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭垂直轉(zhuǎn)場(chǎng)帶來挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)部門給長(zhǎng)征七號(hào)裝上了“防風(fēng)減載裝置”,即使遇到8級(jí)大風(fēng)也不怕。
火箭發(fā)射平臺(tái)還要涂覆大面積“防曬霜”——種特種防護(hù)涂層。這是因?yàn)榛鸺l(fā)射點(diǎn)火的剎那,溫度高達(dá)2800攝氏度,足以溶化絕大多數(shù)金屬和非金屬材料。表面有了防熱涂層,發(fā)射平臺(tái)的使用壽命就可以延長(zhǎng),更好地承受強(qiáng)熱流的“沖刷”。
新一代運(yùn)載火箭發(fā)射還有針對(duì)強(qiáng)高溫的“雙保險(xiǎn)”。在火箭點(diǎn)火起飛時(shí),發(fā)射平臺(tái)旁的“大流量噴水降溫降噪系統(tǒng)”會(huì)給發(fā)射平臺(tái)噴水降溫,在20秒內(nèi)噴出400噸水。
在噴射的400噸水中,有30%的水會(huì)汽化到大氣中,60%的水則通過導(dǎo)流槽流走,水份蒸發(fā)帶走大量的熱,使得發(fā)射平臺(tái)核心區(qū)降溫幅度在1000度左右,有效地保護(hù)了火箭發(fā)射臺(tái)內(nèi)部的儀器設(shè)備。此外,該系統(tǒng)還有良好的降低噪音效果。
未來:會(huì)有更大直徑火箭誕生
中國(guó)現(xiàn)役運(yùn)載火箭的直徑,受限于馬屁股的寬度?沒錯(cuò),這個(gè)有趣的觀點(diǎn)可以追溯到火車和鐵軌的發(fā)明。
由于中國(guó)的火箭研制地與發(fā)射地有一定距離,大多用火車或者汽車運(yùn)輸,路上難免會(huì)通過一些隧道。而隧道的寬度又是由鐵軌間的距離決定的?紤]到火車晃動(dòng)、會(huì)車等因素,火箭的直徑就更受限制了。
火車軌道的寬度沿用了馬車的輪寬標(biāo)準(zhǔn),而馬車的輪寬可以一直追溯到羅馬戰(zhàn)車,古羅馬人是按照拉戰(zhàn)車的兩匹馬的屁股寬度設(shè)定的。因此,中國(guó)的現(xiàn)役運(yùn)載火箭的最大直徑就“止步”在3.35米。
而海南文昌發(fā)射中心啟用后,這個(gè)限制就可以突破了,因?yàn)榛鸺梢酝ㄟ^海運(yùn),不再受限于隧道的寬度。今年下半年將發(fā)射的中國(guó)最大的火箭長(zhǎng)征五號(hào)的直徑就達(dá)到了5米,未來,中國(guó)還會(huì)有更大直徑的火箭誕生。
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