氫氧發(fā)動機助推高軌衛(wèi)星

　　“長征”三號是三級運載火箭，采用“長征”二號作為其一級、二級，對于第三級，當時有兩套方案。一套是采用液氫/液氧發(fā)動機，另一套是采用常規(guī)燃料的發(fā)動機。“當時我們院研制的是氫氧發(fā)動機，那時國外的氫氧發(fā)動機已經(jīng)搞起來了，而我們剛開始，也不敢弄很大，先做了個實驗性的，只有4個噴管，每個噴管的推力1噸多。”茹家欣說。

　　使用常規(guī)燃料的發(fā)動機，一公斤燃料能夠產(chǎn)生300公斤推力，而氫氧發(fā)動機一公斤燃料可產(chǎn)生將近440公斤的推力。優(yōu)點不言而喻，但難題同樣明顯。擺在研制人員面前的難題是氫氧發(fā)動機在高空的二次點火。

　　“長征”三號第一次發(fā)射，就因氫氧發(fā)動機二次點火不成功而失敗。“長征”三號的二級火箭關(guān)機時，還沒有進入軌道，需要三級火箭第一次點火，工作幾百秒后進入停泊軌道。由于“長征”三號要發(fā)射的地球同步軌道衛(wèi)星的軌道必須處于赤道上空，所以在進入停泊軌道后，火箭還要依靠慣性向赤道飛行。當進入赤道上空時，三級發(fā)動機二次點火加速，使衛(wèi)星速度達到10.3公里/秒，逐漸飛行到36000公里高度。但由于二次點火不成，造成發(fā)射失敗。后來查找原因，發(fā)現(xiàn)是由于發(fā)動機溫度沒控制好，造成點火失敗。

　　發(fā)現(xiàn)問題后，研制人員改進了發(fā)動機冷卻時的程序，加大了用于冷卻發(fā)動機的液氫、液氧用量，有效地改善了發(fā)動機二次點火的條件。4個月之后，火箭第二次發(fā)射取得圓滿成功。“長征”三號發(fā)射成功后，在實驗性氫氧發(fā)動機的基礎(chǔ)上，新的大推力氫氧發(fā)動機被開發(fā)出來。

　　隨著新的氫氧發(fā)動機的研制，一個新的火箭型號“長征”三號甲誕生。“長征”三號甲的三級火箭裝備了2臺80千牛氫氧發(fā)動機，推力將近160千牛。并且采用了新型的“四框架平臺”取代原來的“三框架平臺”來控制火箭的姿態(tài)，使火箭由原來只能做抬頭低頭的動作，發(fā)展到衛(wèi)星要求調(diào)整到什么姿態(tài)，就能調(diào)整到什么姿態(tài)。自首飛以來，長三甲發(fā)射了多顆衛(wèi)星，成功率百分之百，有“金牌火箭”之稱。在此基礎(chǔ)上，還發(fā)展出“長征”三號乙和“長征”三號丙等型號火箭。

　　另外，我國還研制出了“長征”四號系列火箭，這是一種與“長征”三號類似的三級火箭，不同的是其第三級采用了常溫液體火箭發(fā)動機，主要用來發(fā)射太陽同步軌道衛(wèi)星。

　　呼之欲出的新一代“長征”

　　“長征”系列運載火箭滿足了我國目前各種衛(wèi)星和載人飛船的發(fā)射要求，但與先進國家相比，仍有一定差距，而我國已經(jīng)開始實施的探月工程和深空探測計劃等，也對火箭技術(shù)提出了更高的要求。

　　據(jù)了解，目前我國的“長征”五號和“長征”七號(代號暫定)系列火箭正在緊鑼密鼓地研制中。新一代的運載火箭采用兩種發(fā)動機--氫氧發(fā)動機和液氧/煤油發(fā)動機。其中，芯級火箭使用單臺70噸推力的氫氧發(fā)動機，一級火箭可以裝四臺。而助推器則使用液氧/煤油發(fā)動機，每臺推力能達到120噸。而火箭上可以捆綁4個助推器。推力相當可觀。

　　不同于前面的二級和三級火箭，新型的“長征”五號火箭是向“一級半”和“二級半”發(fā)展。茹家欣解釋說，芯級火箭算一級，助推器算一級，但助推器由于是在地面點火，因此只能算半級。一級半火箭用來發(fā)射低軌道衛(wèi)星，而發(fā)射高軌道衛(wèi)星需要再加一級，用二級半火箭運載。

　　茹家欣說，火箭趨勢是向低級數(shù)發(fā)展，因為從安全的角度去考慮，級數(shù)越多越不可靠。早期由于火箭發(fā)展技術(shù)比較低，只有通過增加火箭級數(shù)的辦法來增加飛行的高度和距離，沒有其他辦法。而現(xiàn)在隨著發(fā)動機性能的提高和結(jié)構(gòu)的減輕，可以使用更少的級數(shù)來完成任務(wù)，因此我國新一代火箭便是按照這個思路來研制。

　　新研制的“長征”七號，未來將替代目前的載人運載火箭“長征”二號F。王國輝目前的主要工作，就是負責“長征”七號的總體設(shè)計。他說，“長征”七號的運載能力更大，原來的“長征”二號F的運載能力為8.5噸，而 “長征七號”則達到13.5噸。除了用作載人運載火箭，王國輝表示，還要在這個基礎(chǔ)上作系列化的發(fā)展，使其具備發(fā)射多種衛(wèi)星和飛船的能力。

　　對于新一代火箭，王國輝和茹家欣這新老兩代航天人都有著自己的期許。茹家欣說，我國現(xiàn)役的火箭，都是以75噸發(fā)動機為基礎(chǔ)研制出來的，已經(jīng)使用了40多年，應(yīng)當有新的技術(shù)來替代它。非常希望新的火箭能早點造出來。王國輝的目標則是希望目前在飛的火箭能夠確保每次都發(fā)射成功。研制中的火箭能夠按時完成工作，首飛不出問題，達到任務(wù)的要求。

　　2013年，“長征”七號將首飛。1年后，“長征”五號首飛。伴隨著新一代火箭的升空，我國運載火箭的能力和水平將得到全面提升，并大大增強我國火箭的國際競爭力，實現(xiàn)我國航天運載技術(shù)的跨越式發(fā)展。