中國飛天夢“翅膀”的成長一一火箭技術的發展 5117149030蔡中興 數日前，神舟九號載人飛船安全返回，標誌著中國的載人航太技術又取得了 新的成就，我們也又一次看到了一個熟悉的名字：長征2號F運載火箭一一“飛 天夢”的翅膀便是運載火箭技術。 火箭是以熱氣流高速向後噴出，利用產生的反作用力向前運動的噴氟 推進装置。它自身攜帶燃燒劑與氧化劑，不依賴空氣中的氧助燃，因此既 可在大氣中，又可在太空飛行。它是目前唯一能使物體達到宇宙速度，克服 或擺脫地球引力·進入宇宙空間的運載工具，用途是把人造地球衛星~載人飛 船、空間站、空間探测器等有效載荷送入預定軌道。 日前最常用的運載火箭是化學火箭，按其所用的推進劑分類，可分為 固體火箭、液體火箭和固液混合型火箭三種；按級數來分，火箭可以分為 單級火箭、多級火箭，不過即使使用性能最好的液氫液氧推進劑，發動機 的噴氣速度也只能達到4.3~4.4公里/秒（第一宇宙速度為7.9公里/秒)， 因此，單級火箭不可能把物體送入太空軌道，必須採用多級火箭，以接力的 方式將航太器送人太空軌道。火箭的每一級都包括箭體結構·推進系統和飛 行控制系統·末級有儀器艙，内装制導與控制系統、遙測系統和發射場安 全系統。級與級之間靠級間段連接。有效載荷装在儀器艙的上面，外面套 有整流罩。 談到中國的火箭技術，就不得不提起一位科學家一一被譽為“中國導 彈之父”的錢學森（導彈便是單級火箭的一種）。1955年10月，錢學森歷 經5年的艱苦歷程終於返回祖國，為中國導彈技術的戰略决策提供了強大 的技術支撐。在蘇聯提供技術援助的情况下，1960年11月5日，中國第一
中國飛天夢“翅膀”的成長——火箭技術的發展 5117149030 蔡中興 數日前，神舟九號載人飛船安全返回，標誌著中國的載人航太技術又取得了 新的成就，我們也又一次看到了一個熟悉的名字：長征 2 號 F 運載火箭—— “飛 天夢”的翅膀便是運載火箭技術。 火箭是以熱氣流高速向後噴出，利用產生的反作用力向前運動的噴氣 推進裝置。它自身攜帶燃燒劑與氧化劑，不依賴空氣中的氧助燃，因此既 可在大氣中，又可在太空飛行。它是目前唯一能使物體達到宇宙速度，克服 或擺脫地球引力，進入宇宙空間的運載工具，用途是把人造地球衛星、載人飛 船、空間站、空間探測器等有效載荷送入預定軌道。 目前最常用的運載火箭是化學火箭，按其所用的推進劑分類，可分為 固體火箭、液體火箭和固液混合型火箭三種；按級數來分，火箭可以分為 單級火箭、多級火箭，不過即使使用性能最好的液氫液氧推進劑，發動機 的噴氣速度也只能達到 4.3～4.4 公里/秒（第一宇宙速度為 7.9 公里/秒）， 因此，單級火箭不可能把物體送入太空軌道，必須採用多級火箭，以接力的 方式將航太器送入太空軌道。火箭的每一級都包括箭體結構、推進系統和飛 行控制系統。末級有儀器艙，內裝制導與控制系統、遙測系統和發射場安 全系統。級與級之間靠級間段連接。有效載荷裝在儀器艙的上面，外面套 有整流罩。 談到中國的火箭技術，就不得不提起一位科學家——被譽為“中國導 彈之父”的錢學森（導彈便是單級火箭的一種）。1955 年 10 月，錢學森歷 經 5 年的艱苦歷程終於返回祖國，為中國導彈技術的戰略決策提供了強大 的技術支撐。在蘇聯提供技術援助的情況下，1960 年 11 月 5 日，中國第一
枚近程導彈“東風一號”發射成功，標誌著中國導彈技術從無到有的巨大 轉折，它是仿製蘇聯P-1近程地地導彈而成的。 圖1.東風1號~5號導彈模型① 然而就在發射成功前幾個月的1960年7月，蘇聯突然單方面召回全部 在華專家，從此中國航太人完全進入了獨自奮鬥的時代·1962年，中國首 次嘗試發射中近程導彈“東風二號”，但卻遭遇失敗。在航太人的努力下， 1964年6月29日，改進後的“東風二號甲”發射成功，並量產正式装備部 隊，標誌著中國導彈技術從仿製到自行研製的跨越。此後中國導彈技術突破 迅速，1966年，中程導彈“東風三號”首次發射成功，1970年，遠端彈道 導彈“東風四號”發射成功，1950年，“東風五號”洲際導彈進行太平洋 全程試驗，中國航太技術自此翻開新的一頁。這一切，主要都是在錢學森 的領導下完成的
枚近程導彈“東風一號”發射成功，標誌著中國導彈技術從無到有的巨大 轉折，它是仿製蘇聯 P-1 近程地地導彈而成的。 圖 1 . 東風 1 號~5 號導彈模型 ① 然而就在發射成功前幾個月的 1960 年 7 月，蘇聯突然單方面召回全部 在華專家，從此中國航太人完全進入了獨自奮鬥的時代。1962 年，中國首 次嘗試發射中近程導彈“東風二號”，但卻遭遇失敗。在航太人的努力下， 1964 年 6 月 29 日，改進後的“東風二號甲”發射成功，並量產正式裝備部 隊，標誌著中國導彈技術從仿製到自行研製的跨越。此後中國導彈技術突破 迅速，1966 年，中程導彈“東風三號”首次發射成功，1970 年，遠端彈道 導彈“東風四號”發射成功，1950 年，“東風五號”洲際導彈進行太平洋 全程試驗，中國航太技術自此翻開新的一頁。這一切，主要都是在錢學森 的領導下完成的
在1964年中國自主研發“東風二號”成功後，中國即開始多級火箭的 研發。“長征”系列是中國自主研發的運載火箭，目前投入使用的有長征 一號、二號、三號、四號共四個系列。“長征1號”運載火箭主要用於發射近地 軌道的小衛星，芯級直徑只有 2.25m,“長征2號"主要用於發 射近地軌道的大中型衛星及載 人飛船，芯級直徑3.35m，“長 征3號”為同步軌道衛星“長征 4號”為繞地球兩極飛行的太 陽同步軌道衛星。後雨者均在 h 長征二號基礎上發展而來，而 長征二號的核心技術又完全來 源於“東風5號甲”洲際導彈。 目前中國航太所使用的運 載火箭，其主要技術的突破都 來自上世紀70年代前后，是由 錢學森的帶領下完成的。不可 否認的是，在數十年後的今天， 圖2.錢學森像與“東風5號甲”火箭貸物② 中國運載火箭技術已落後于國際先進水準，最主要表現為一下雨點： 1.運載能力偏低。 日前中國運載火箭僅有8.5噸的近地軌道運載能力和5.5噸的同步轉移軌道 運載能力，而且很難進一步提高，無法滿足大型載荷的發射需求。落後於美俄
在 1964 年中國自主研發“東風二號”成功後，中國即開始多級火箭的 研發。“長征”系列是中國自主研發的運載火箭，目前投入使用的有長征 一號、二號、三號、四號共四個系列。“長征 1 號”運載火箭主要用於發射近地 軌道的小衛星，芯級直徑只有 2.25m，“長征 2 號”主要用於發 射近地軌道的大中型衛星及載 人飛船，芯級直徑 3.35m，“長 征 3 號”為同步軌道衛星、“長征 4 號” 為繞地球兩極飛行的太 陽同步軌道衛星。後兩者均在 長征二號基礎上發展而來，而 長征二號的核心技術又完全來 源於“東風 5 號甲”洲際導彈。 目前中國航太所使用的運 載火箭，其主要技術的突破都 來自上世紀 70 年代前后，是由 錢學森的帶領下完成的。不可 否認的是，在數十年後的今天， 圖 2.錢學森像與“東風 5 號甲”火箭實物 ② 中國運載火箭技術已落後于國際先進水準，最主要表現為一下兩點： 1.運載能力偏低。 目前中國運載火箭僅有8.5噸的近地軌道運載能力和5.5噸的同步轉移軌道 運載能力，而且很難進一步提高，無法滿足大型載荷的發射需求 。落後於美俄
這兩個傳統航太強國和日歐等國家，他們的火箭運載能力達到了約20噸的近地 軌道運載能力和超過6噸的同步轉移軌道運載能力。 2.使用成本偏高、污染環境等問題。 目前中國的火箭發動機主要技術也都由數十年前突破不僅單台推力偏低， 而且使用的偏二甲肼/四氧化二氨推進劑有劇毒，生產、運輸、加注等過程複雜 而危險，容易造成環境污染和人身傷害。此外，偏二甲肼/四氧化二氨推進劑價 格也更為昂貴，不僅遠高於液氧/煤油推進劑，也高於液氫/液氧推進劑，從而增 加了火箭的發射成本。 CZ-1 CZ2 CZ-3 CZ-4A CZ-2E CZ-2D CZ-3A CZ-3C CZ-3B CZ-2C/SD CZ-2F 1970 94 1984 1988 1990 1992 清飞 1996 1997 1999 CZ-1D CZ-2C C2.4B 特飞 1999 圖3.長征火箭家族③ 。它們的主要技術均是在上世紀70年代前後完成的 同時，隨著時代的發展，多項航太工程對新型運載火箭提出迫切需求，如中 國正在開展的北斗衛星導航定位系統·高解析度對地觀測系統·新一代通信衛星 和氣象衛星·載人航太工程·月球與深空探測等任務都對運載火箭的發展提出了 迫切的需求。為了解決這些難題，中國啟動研發了新的長征系列火箭一一長征 五號、六號、七號，並且預計在第十二個五年計割（2011-2015年)内均能實現
這兩個傳統航太強國和日歐等國家，他們的火箭運載能力達到了約 20 噸的近地 軌道運載能力和超過 6 噸的同步轉移軌道運載能力。 2.使用成本偏高、污染環境等問題。 目前中國的火箭發動機，主要技術也都由數十年前突破，不僅單台推力偏低， 而且使用的偏二甲肼/四氧化二氮推進劑有劇毒，生產、運輸、加注等過程複雜 而危險，容易造成環境污染和人身傷害。此外，偏二甲肼/四氧化二氮推進劑價 格也更為昂貴，不僅遠高於液氧/煤油推進劑，也高於液氫/液氧推進劑，從而增 加了火箭的發射成本。 圖 3.長征火箭家族 ③。它們的主要技術均是在上世紀 70 年代前後完成的 同時，隨著時代的發展，多項航太工程對新型運載火箭提出迫切需求，如中 國正在開展的北斗衛星導航定位系統、高解析度對地觀測系統、新一代通信衛星 和氣象衛星、載人航太工程、月球與深空探測等任務都對運載火箭的發展提出了 迫切的需求。 為了解決這些難題，中國啟動研發了新的長征系列火箭——長征 五號、六號、七號，並且預計在第十二個五年計劃（2011-2015 年）內均能實現
首飛，最快的長征五號預計在2014年。 cz-6 CZ-7 CZ-5 CZ-5B 圖4.中國新一代長征火箭型譜④ 從基本性能上來看新一代運載火箭中長征5號火箭芯級為5米直徑火箭模 組，長征7號的芯級為3.35米模組，長征6號火箭使用3.35米直徑的第一級和 2.25米直徑的二、三級，因此總體而言，長征6、7號主要用於替换現有的長征 1、2、3、4號運載火箭，通過先進技術降低發射成本、减輕對環境的污染。長 征5號則新增了大型航太器發射能力，為未來發射重型通訊衛星、組建空間站、 探月三期工程作準備。 隨著新一代長征火箭的逐步投人使用，中國的火箭技術進入全新的時代，再 次達到世界先進水準，航太事業必將跨入新的發展軌道。未來如何，讓我們拭日 以待。 注释：①②：摄于上海交通大学钱学森图书馆。 ③：图片来自百度百科。 ④：图片来自环球网
首飛，最快的長征五號預計在 2014 年。 圖 4.中國新一代長征火箭型譜 ④ 從基本性能上來看，新一代運載火箭中長征 5 號火箭芯級為 5 米直徑火箭模 組，長征 7 號的芯級為 3.35 米模組，長征 6 號火箭使用 3.35 米直徑的第一級和 2.25 米直徑的二、三級，因此總體而言，長征 6、7 號主要用於替換現有的長征 1、2、3、4 號運載火箭，通過先進技術降低發射成本、減輕對環境的污染。長 征 5 號則新增了大型航太器發射能力，為未來發射重型通訊衛星、組建空間站、 探月三期工程作準備。 隨著新一代長征火箭的逐步投入使用，中國的火箭技術進入全新的時代，再 次達到世界先進水準，航太事業必將跨入新的發展軌道。未來如何，讓我們拭目 以待。 注释：①②：摄于上海交通大学钱学森图书馆。 ③：图片来自百度百科。 ④：图片来自环球网