長征七號為我國新一代中型運載火箭

——對話長征七號副總指揮張濤

　　我國載人空間站需要長征七號

　　文匯報：長征七號研制是怎么提出的？當時考慮它主要承擔什么發射任務？

　　張濤：最早提出研制長七的專家，是我們的老院長、中國工程院院士王永志同志。提出研制長七的主要目的，是為了建設我國的載人空間站。國家航天部門已經宣布，將在2020年前后完成中國載人空間站的建設任務。俄羅斯“和平號”空間站最初的設計壽命只有5年，1986年2月發射升空后，實際載人飛行了13年，全部在軌時間超過15年后墜毀在南太平洋；而正在運行的“國際空間站”，其建成后的設計壽命為15-20年。中科院空間應用工程與技術中心權威人士已經透露，我國未來的第一個載人空間站的在軌運行時間也應當在10年以上。在載人空間站在軌運行期間，必須由貨運飛船為其運送貨物和燃料。為了降低飛行成本，貨運飛船就必須一次能為載人空間站送去盡可能多的物資和給養，所以發射貨運飛船的運載火箭也必須大些、更大些。但當時，我們有效載荷最大的運載火箭是長二捆(“CZ-2F”)，它的有效載荷約9噸，所以研制火箭推力和有效載荷更大的運載火箭，就成了中國航天人必然的選擇。

　　文匯報：聽說長征七號開始時的型號是“CZ-2F/(H)”，而現在命名為“長征7號”，這中間有什么區別？

　　張濤：研制長征七號，對我們運載火箭技術研究院來說，真是“八年磨一劍”。2008年11月，我們院就組建了最早的型號隊伍；2011年1月，長征七號和我國載人空間站工程一起通過國家立項。那為什么最早的型號是“CZ-2F/(H)”？　因為最初的設想是在長二捆的基礎上，花5年左右的時間，實現更換新燃料的目標。這個“H”，就是“換”的意思。現在的長征七號，不僅燃料換了，發動機換了，火箭的布局也換了。長征七號實現了有效載荷運載能力從9噸向13.5噸的跨越，前后花了將近8年時間，這與國際上研制一個新型號的運載火箭的周期為8至10年是基本吻合的。

　　長征七號是“跨代”的運載火箭

　　文匯報：請具體介紹一下長征七號有哪些主要的創新點。

　　張濤：長征七號與長二捆相比，除了火箭結構的直徑都是2.25米和3.35米沒有變化以外，可以說別的都變了。與過去的長征二號、三號、四號系列火箭相比，它有著“跨代”的特征，是我國新一代無毒無污染環保中型運載火箭。

　　首先，它采用了新動力。長征七號的全長為53.1米，采用的是二級半結構，中間最下面的芯一級高度逾26米，還捆綁有4個助推器，助推器的高度比長二捆的助推器高了將近一倍，高達27米。4個助推器的直徑是2.25米，每個裝有一臺液氧煤油發動機，每個推力達到120噸，比過去的75噸增大了60%。火箭芯一級的直徑仍是3.35米，內裝2臺120噸的液氧煤油發動機。芯一級上面是一個將近3米高的級間段，上部芯二級裝

　　有4臺18噸推力的液氧煤油發動機?；鸺钌喜康恼髡忠沧髁烁倪M，高度為13米，直徑為4.2米。

　　火箭按程序點火后，正常情況下在7秒鐘之后形成730噸推力?；鸺鹣染従忞x開發射臺，然后越飛越快，直射蒼穹。

　　首次發射的長征七號的近地軌道運載能力為13.5噸，太陽同步軌道運載能力達到了5.5噸。它運載能力的增強，不僅是因為火箭的“個子”比過去大了，還因為它采用了新燃料。新型發動機的全稱是“液氧煤油高壓補燃發動機”，使用的燃料是液氧和煤油，與過去使用的燃料偏二甲肼、四氧化二氮相比，不僅無毒無污染，而且火箭發動機的推重比更大，如以人來比喻，就是不僅個子長高了，而且力氣也更大了。

　　文匯報：但是，長征七號運載火箭的“個子”大了，加注的燃料也多了，其自身的“體重”不是也增加了嗎，還能“身手矯健”嗎？

　　張濤：運載火箭的推力大了，火箭的力學特性就會發生變化，比如它的重量、發射時的振動和沖擊都大了。在研制長征七號時，設計師們已經考慮到了這一挑戰，對火箭的結構和布局進行了優化，使其自身結構的重量更輕。長征七號起飛時，整體重量近600噸，其中火箭自身鋼筋鐵骨的結構重量僅占一成左右，約九成重量為燃料，這使得運載火箭得以裝載更多的有效載荷。

　　文匯報：除了新動力、新能源以外，長征七號還有什么創新？

　　張濤：長征七號還采用了新的布局和新的結構。新的布局體現在發動機首次實現了聯合搖擺控制，過去助推火箭的搖擺角度有限，而長征七號4臺助推器的發動機都可進行單擺、第一級芯級里的2臺發動機可實現雙擺；第二級芯級里的4臺發動機2臺固定、2臺可以實現雙擺，這使得整個運載火箭的飛行控制更為“操控自如”。

　　更為強勁的動力系統，也帶來了運載火箭的力、熱環境的惡化，各部件的耦合條件也更為復雜，因此我們對長征七號的結構也進行了優化。過去運載火箭捆綁的助推器是“兩點支撐”，現在長征七號采用的是全新的“三點支撐”，又叫“超靜定捆綁”，火箭的貯箱也使用了新型材料。

　　長征七號還有了更聰敏的“大腦”，由于采用了三總線控制的冗余技術，具有自我檢測和備份功能，提高了運載火箭的安全性和可靠性。新研制的“新三垂”發射臺，大大縮短了燃料加注后的發射準備時間。

　　在發射時，還首次采用了級間二次分離技術。就是發射后三分鐘左右，4個助推火箭先行分離，芯一級發動機再飛行十多秒后分離；此后是級間段分離，然后芯二級的4個發動機點火，將有效載荷送入預定的軌道，實現船箭分離。

　　長征七號具有中雨發射升空能力

　　文匯報：您曾說過，長征七號是我國第一個全三維數字化設計的運載火箭。這枚全部在計算機上設計出來的運載火箭，在運到海南文昌航天發射中心進行實地合練后，有沒有遇到過新的問題？

　　張濤：長征七號確實是我國首枚全三維數字化設計出來的運載火箭。也就是說，整個長征七號運載火箭的22種、42部段全部是通過數字化設計后下廠制造的。它標志著我國運載火箭的研制能力已接近波音、空客和NASA，我運載火箭邁入了全生命周期數字化時代的大門。

　　在運載火箭研制的過程中，對液氧煤油發動機進行了總計超過5萬秒的試車試驗，期間不斷地優化完善，達到了較穩定的設計要求。2014年年底，長征七號合練箭抵達文昌航天發射中心，開展了近3個月的合練，我們還是發現了一些新的問題。主要是海南自然環境的高溫、高濕和高鹽霧，以及海邊的淺層風影響比較大。長征七號使用的液氧低溫達到-183℃，在海南的高溫高濕環境中，加注后的箭體上易結霜滴水，影響飛行安全。而且海南的濕度特別大，過去在酒泉、太原航天發射中心，那里的氣候非常干燥，有時甚至過度干燥；西昌航天發射

　　中心位于群山之中，濕度也不小，但基本不影響飛行安全；文昌傍海，濕氣要大得多，如不采取特殊的防濕防水措施，就有可能造成運載火箭內的儀器線路短路，且當地全年12小時內降水5-15毫米的中雨較多。好在最初設計時，就有針對性地專門做了“防水”設計。在合練過程中，又進一步優化了防潮防濕的措施。現在我們還可以自信地說，長征七號運載火箭是我國第一枚擁有在中雨條件下正常發射能力的運載火箭，這個能力是長二、長三、長四等運載火箭所不具備的。當然，我們會盡量挑一個好天氣發射，以確保首飛取得圓滿成功。

　　經過合練，長七的低溫燃料加注后成功實現了可停放24小時，創下了低溫燃料停放時間最長的紀錄，這可為成功發射爭取更多的有利時間。

　　文匯報：長征七號的可靠性設計指標是多少？

　　張濤：長征七號的可靠性設計指標是0.98，這是國際上運載火箭可靠性設計指標中最高的。國際上運載火箭可靠性設計指標通常為0.95-0.96。美國航天飛機就曾遭遇了兩次重大失誤，其可靠性還達不到這一標準。我們把可靠性的指標設計得這么高，是因為長征七號未來要承擔的重要使命是為我國的載人空間站服務，具有載人飛船發射的潛在使命，所以可靠性指標必須定得很高，以確保萬無一失。

　　今年下半年，我們還將在酒泉航天發射中心發射第二個空間實驗室“天宮二號”，以及載有兩名宇航員的“神舟十一號”，并與“天宮二號”實現對接。明年，長征七號將開始大顯身手，將我國第一艘貨運飛船“天舟一號”送上太空，實現與“天宮二號”的對接，為將來建設我國第一個載人空間站熱身練手。