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中国运载火箭技术的成就与展望
     一、简要发展历程


  20世纪50年代初,刚诞生的新中国百废待兴,中国高瞻远瞩,谋划祖国未来的发展蓝图。1956年春,制定了国家“1956年至1957年科学技术发展远景规划刚要(草案)”。这个规划包括57项重要新型科技内容,火箭与喷气推进技术是其中7个重点项目之一。根据这个规划,我国开始了包括组建中国第一个导弹研究设计机构在内的一系列筹备工作。的研制工作从仿制苏联援助的P-2火箭开始。但到了1960年8月,中苏两国因意识形态的分歧而决裂,使这种本来就十分有限的援助彻底终止。中国导弹与火箭技术的发展转而以自力更生为根本方针,以后又逐渐形成了“自力更生,艰苦奋斗,大力协同,无私奉献,严谨务实,勇于攀登”的航天精神。在这种方针与精神的鼓舞下,经过几年的努力,走上了自主设计的道路,成功地研制了几种地地战略导弹。
 

  60年代中期,国家决定启动“651工程”,即设计、生产并且发射我国第一颗人造地球卫星,以实现伟大领袖早在1958年5月就发出的“也要搞人造卫星”的号召。作为“651工程”的重要配套项目,我国第一种现代运载火箭的总体方案是在刚刚研制的中远程地地导弹的基础上,加上固体推进剂的第三级。这种火箭(长征1号)于1970年4月成功地发射了我国第一颗人造地球卫星。到了80年代中期,根据运载火箭自身的发展规划,开始形成了从长征1号到长征4号的长征系列火箭的雏形。

  二、主要成就


  中国的长征火箭是完全依靠中国人自己的力量,从理论探索到工程实践,从小到大,从弱到强,逐步发展起来的,颇具中国特色,取得了较大成就与相应的国际地位。这些成就归纳起来主要有:


  1.形成长征系列火箭群体,基本满足了各种应用卫星发射的需要。


  到目前为止,已经发射成功的长征火箭有12种,完成了飞行试验前的全部研制工作、只待飞行验证的还有2种。这些火箭中主要用于低地球轨道发射的有6种(长征1号、长征2号、长征2号C、长征2号D、长征2号E和长征2号F),主要用于中间轨道(如太阳同步轨道)发射的有4种(长征1号D、长征2号C/SD、长征4号A和长征4号B),主要用于高轨道(如地球同步转移轨道)发射的有4种(长征3号、长征3号A、长征3号B和长征3号C)。对应这3种典型轨道的运载能力为:低地轨道从0.2~8.0吨,太阳同步轨道从0.4~2.8吨,地球同步转移轨道从1.5~5.1吨。长征系列火箭的运载能力基本上覆盖了低、中、高地球轨道不同航天器的发射需要。有关这些运载火箭的总体要素见表1。


  2.截止到2000年底已经进行了64次发射,将72个航天器送入地球轨道,发射成功率为89.1%。


  3.打破了欧美垄断,进入了国际商业卫星发射服务市场。已经进行了22次对外商业发射和5次搭载发射服务,将27颗外国卫星送入预定轨道,并将3个搭载试验体送入轨道后又返回地面回收成功。


  4.技术含量较高,总体技术性能接近或达到国际一流水平。


  纵观14种长征系列火箭,可以发现有如下一些特点:

     (1)这些型号既有串联的结构形式,又有并联的结构形式。前者如长征1号、长征2号、长征3号和长征4号等,后者如长征2号E、长征2号F、长征3号B和长征3号C。

     (2)它们使用的既有液体推进剂,又有固体推进剂,液体推进剂中又分常温可贮存(如长征2号和长征4号等)和低温高能易挥发(长征3号系列)两类。

     (3)所用上面级发动机既有一次启动的(如长征1号、长征2号和长征4号),又有可两次启动的(如长征3号系列)。

     (4)既可一箭单星发射,也可一箭多星发射。例如长征2号C、长征2号C/SD和长征3号A均有一箭双星发射的记录,长征4号A有一箭三星发射的记录,长征2号E和长征3号B等也具有一箭多星发射的能力。

     (5)具有三波道大姿态角运动双偏差交连解耦控制功能(如长征3号A、长征3号B和长征3号C),对控制系统进行了单机、子系统以至系统级冗余设计(如长征2号F和长征3号A等)。

     (6)既有惯性平台制导系统(如长征2号、长征3号和长征4号),也有捷联惯性制导系统(如长征1号),或两者混用的制导系统(如长征2号C/SD和长征2号F)。


  除上面已经提到的外,还有入轨精度、有效载荷系数、运载能力和适应能力等均可认为属国际一流水平。


  5.经济性好。以地球同步转移轨道发射为例,长征3号B发射费用约为1.4万美元/公斤;再以中等高度地球轨道(接近太阳同步轨道)发射为例,长征2号C/SD的发射费用约为1.6万美元/公斤。这在国际商业卫星发射市场上均属有竞争力的价格。


  6.长征1号火箭成功发射我国第一颗人造卫星,实现了国家第一代领导人“两弹一星”的宏伟规划;长征2号F火箭成功发射神舟1号试验飞船,为实现载人航天的战略目标奠定了坚实的基础,进一步确立了中国航天的国际地位。


  7.运载火箭的发展带动了国家科技创新和科技水平的提高,有力地牵动了我国其它相关行业的发展。据统计,建国以来,在我国研制的1100多种新材料中,有80%是因航天技术发展需要而研制的,火箭和卫星的研制经费70%用于科研和基础工业部门。

  三、今后的发展设想


  1.压缩现有运载火箭的型谱,提高可靠性,适当修改与完善


  尽管长征火箭已经取得了举世瞩目的成就,但仍存在以下不足:
 

  (1)火箭型号偏多,型谱重叠,应该取消几种性能重复的火箭型号。


  (2)可靠性不高。在国际上10种主要运载火箭中,长征系列火箭的飞行成功率列第7位,处在中间偏下的位置。还可以看出,长征火箭的总飞行次数也较少,成功率统计的子样不多,可信度不高。因此现有的长征火箭需要进一步加强包括冗余技术在内的可靠性设计,努力提高其可靠性。


  (3)发射准备周期长。现有长征火箭在发射场的发射准备周期一般为40~50天,而国际上的商业火箭发射准备周期一般为15~20天。长征火箭需要而且可能采取措施将现有型号的发射准备周期缩短到24天左右。


  (4)缺少大运载能力的火箭,火箭的整体适应能力不强。对现有运载火箭进行包括进一步优化设计、减轻结构重量在内的适应性修改,将低轨道运载火箭的实际应用运载能力提高到8.2吨,将高轨道运载火箭的运载能力提高到5.5吨,这样做既是必要的,也是现实可行的。


  另外,还可以扩展现有长征火箭的应用范围,如对长征3号A和长征3号B作适应性修改,即可将约1.5吨和3.0吨的飞行器分别送入月球轨道。
  2.研制新一代运载火箭


  我国运载火箭的国际地位面临严峻挑战。近10年来,西方发达国家将宇宙空间视为综合国力的增长源,把夺取空间优势作为航天领域的首要任务,以确保其航天大国的地位。在已有众多强大的运载火箭的情况下,它们继续加大对运载火箭技术的投资,加快新型运载火箭的研制。21世纪前10年将有一批新型运载火箭投放市场。例如,欧洲计划于2005年发射地球同步转移轨道运载能力为11吨、直径5.4米的阿里安5改进型火箭,日本计划于2004年发射地球同步转移轨道运载能力9.5吨、直径4米的H-2A型火箭,美国计划于2001年发射地球同步转移轨道运载能力4.2~13.2吨、直径5米的德尔它4型火箭。这些火箭的特点是大直径、大运载能力、少级数、高可靠、无污染和易操作。为缩小我国火箭技术同发达国家的差距,尽快进入世界重点高新技术领域的前沿阵地,巩固我国航天在世界上的地位,提高民族凝聚力和综合国力,应该尽快研制新一代长征系列火箭。


  发展新一代运载火箭的指导思想与原则应该是:


  (1)瞄准世界先进水平,走跨越式发展的道路,努力缩小与先进国家的差距。
 

  (2)新一代火箭应能够满足不同用途大型卫星和空间站的发射需要。


  (3)坚持自力更生的发展道路,继续在世界航天高技术领域占住靠前的一席之地。


  (4)实现通用化、系列化和组合化设计,形成高可靠、低成本、无污染、好使用的新型运载火箭。


  新一代运载火箭的技术发展途径可以是一个重点、两种动力系统和三个模块,即以发展5米箭体直径的大型运载火箭为重点,采用500千牛级推力氢氧发动机和1200千牛级推力液氧/煤油发动机两种新型动力系统,以5米、3.35米和2.25米三种直径火箭为三个基本模块。通过模块化的组合,可以形成新一代运载火箭系列,满足不同发射任务的需求。


  这种新一代运载火箭的主要特点是:


  (1)低轨道的运载能力可覆盖1.2~25吨,高轨道可以覆盖1.8~14吨,能够满足未来30年以至更长时间内国内外市场对运载火箭的需求。

关键词: 中国 运载火箭 技术