在我国运载火箭的发展初期,探空火箭的研制占有重要的地位,尽管它是结构简单的无控火箭,但却是新中国成立后的第一枚真正的火箭。从1958年开始,我国陆续研制出包括生物、气象、地球物理、空间科学试验等多种类型的探空火箭。
由我国独立研制的“长征”系列运载火箭是中国航天的主力运载工具。“长征”系列运载火箭有4大系列12个型号,包括长征一号、长征二号、长征三号和长征四号等,构成了具有中国特色的“长征”运载火箭家族。
经过不断发展,长征系列运载火箭具备了发射低、中、高不同轨道和不同类型卫星的能力,实现了从低温推进到常温推进、从串联到捆绑、从“一箭单星”到“一箭多星”、从发射卫星载客到发射载人飞船的不断跨越。
长征:一个响亮的名字
长征是中国共产党历尽千辛万苦、走向胜利的奋斗过程,也是中国漫漫历史长河里的重要事件。同时,长征也是新中国成立后,科技事业蓬勃发展,航天工业欣欣向荣的代名词。新中国成立后,我国自力更生、艰苦奋斗,自主研制的运载火箭就用“长征”来命名了。很多人包括很多国外的航天专家,一提到中国的“长征”火箭,都会竖起大拇指,赞不绝口。
“长征”火箭的不凡之路“长征”火箭是怎么来的呢?这一直是个神秘的话题,和国外许多运载火箭一样,中国的运载火箭也是由远程战略导弹改进并逐步发展而来的,从一产生就披着一层高度机密的面纱。
1956年,国防部第五研究院成立后,在钱学森院长的带领下,展开了地地弹道导弹的相关研究工作。那时候,研究人员大都是军人,得知自己要从事中国的导弹研制工作之后都很兴奋,但为了保守秘密却不能对任何人说,包括家人。最初的10年,导弹研究工作红红火火开展,并成功研制了多种型号的弹道导弹。到1965年,以中远程弹道导弹“东风四号”为基础,中国火箭的研制工作全面展开。1966年,钱学森、王秉章与当时的国防科学工业委员会的罗舜初以及中国科学院的张劲夫、裴丽生等,一同研究确定了中国的第一颗人造地球卫星的名字“东方红一号”。用来发射“东方红一号”的运载火箭就被命名为“长征一号”。从那时候开始,中国的运载火箭就拥有了“长征”这个响亮的名字。
“长征”火箭是中国具有自主知识产权的品牌产品,能够发射高、中、低不同轨道和不同类型的卫星,具备较强的国际竞争力。
随着经济全球化及信息社会的到来,人类将进一步开发和利用宇宙资源,高技术航天器的蓬勃发展对运载火箭提出了更高的要求。规划和发展中国新一代运载火箭技术,必将加速我国空间技术的进步,也将带动我国众多领域科学技术的发展,同时,对于中国综合实力的提高、国际地位的增强也将产生重大影响。新一代运载火箭是以“通用化、系列化、组合化”为设计原则,按照“一个系列、两种发动机、三个模块”的发展思路进行研制的火箭系列。
“长征”系列运载火箭采用无毒、无污染推进剂,是典型的绿色环保火箭。具有模块化设计、批量生产、生产和发射周期短、成本低、可靠性高的特点。新一代运载火箭系列可以通过组合不同的模块,形成运载能力各异的火箭,能够将1.2吨至25吨的有效载荷送入近地轨道,将1.8吨至14吨的有效载荷送入地球同步转移轨道。新一代运载火箭系列适应能力强,能够满足未来30至50年国内外航天市场的需要,可以使中国运载火箭实现升级换代,并推动产业化进程,实现跨越式发展,从而全面提升中国运载火箭的国际竞争能力。
“长征一号”运载火箭1970年4月24日,我国用“长征一号”三级运载火箭成功地发射了第一颗人造地球卫星。1975年11月26日,用更大推力的“长征二号”运载火箭发射了可回收的重型卫星。1980年5月18日,向南太平洋海域成功发射了新型火箭。1982年10月,潜艇水下发射火箭又获成功。1984年4月8日,用第三级装液氢液氧火箭发动机的“长征三号”运载火箭成功地发射了地球同步试验通信卫星。1988年9月7日,用“长征四号”运载火箭将气象卫星成功地送入太阳同步轨道。1992年8月14日,新研制的“长征二号E”捆绑式大推力运载火箭又将澳大利亚的“奥赛特B1”卫星送入预定轨道。这些都表明中国在现代火箭技术领域已跨入世界先进行列,并已稳步地进入国际发射服务市场。
从1970年4月开始,至1999年11月,中国运载火箭技术研究院研制的“长征”系列运载火箭就已进行了59次发射,成功地将50颗国内外卫星送入轨道。除了满足国内用户的需要外,自上世纪80年代后期就已进入国际发射服务市场,先后为用户发射了24颗外星,包括“长征二号丙改”火箭的5次发射,成功将2颗铱星拟星、8颗铱星送入预定轨道,取得了显著的社会效益和经济效益。
我国成功地发射了第一颗人造地球卫星的新闻“长征”系列运载火箭的技术性能和可靠性指标已达到国际的先进水平,并且还在不断提高和完善,将更好地为和平利用空间事业做出应有的贡献。
“长征”火箭进入世界先进行列的重要标志,可以用“五、四、三、二、一”这样一组数字来概括:
1984年“长征三号”运载火箭成功发射通信卫星,标志着我国火箭技术已经跨入世界先进行列。从当时国外公开报道的资料看,我国成为世界上第五个具有独立研制和发射地球同步通信卫星能力的国家;发射1.45吨重的通信卫星,从运载能力上居世界第四位;掌握并使用低温高能推进剂(液氢液氧),居世界第三位;解决了发动机高空二次启动技术,居世界第二位;发射商业卫星费用低廉,居世界第一位。
目前,中国“长征”火箭已经发展成了一个“大家族”。“长征”火箭家族,包括最早研制成功,发射中国第一颗人造卫星“东方红一号”的“长征一号”火箭;多次投入国内外发射市场的“长征二号丙”和“长征三号甲”系列火箭;已两次实现载人航天并将三位中国宇航员送入太空的“长征三号F”火箭;还有“长征四号”火箭等。运载能力也从300千克到近9000千克不等,发射的轨道从对地观测的低地球轨道、太阳同步轨道,发展到地球同步转移轨道,入轨速度从每秒7800米增加到每秒10320米。
当然,“长征”火箭家族的发展并不是一帆风顺的,在整个过程中既有成功也有失败,是中国几代航天人共同努力、刻苦攻关,突破一个又一个技术难关,一步一个脚印走过来的。事实证明,它的发展过程就是一部新时期的航天长征史。
如今30多年过去了,中国研制成功的12种型号“长征”系列运载火箭,覆盖了近地轨道、太阳同步轨道、地球同步静止轨道的全部轨道范围,运载能力大幅度提高,适应了发射不同轨道和不同重量人造卫星的要求。中国已经拥有了酒泉、西昌、太原三座发射基地,运载火箭的发射和测控技术达到了世界先进水平。
在进军太空的过程中,中国的“长征”系列火箭早已闻名遐迩,跻身于世界先进行列。它作为中国现代化建设伟大成就的象征,傲然屹立于世界民族之林。
知识点近地轨道
近地轨道,又称低地轨道,是指航天器距离地面高度较低的轨道。近地轨道没有公认的严格定义。一般高度在2000千米以下的近圆形轨道都可以称近地轨道。由于近地轨道卫星离地面较近,绝大多数对地观测卫星、测地卫星、空间站以及一些新的通信卫星系统都采用近地轨道。
钱学森:中国航天事业的奠基人
钱学森钱学森,中国著名物理学家,世界著名火箭专家。浙江杭州人,生于上海,汉族,博士学位。
1934年毕业于交通大学机械工程系(今西安交通大学机械工程学院前身的一部分)。1934年暑假,他从交大毕业,考取了清华大学公费留学。
1935年8月的一天,钱学森从上海乘坐美国邮船公司的船只离开祖国。黄浦江浊浪翻滚,望着渐渐模糊的上海城,钱学森在心中默默地说:“再见了,祖国。你现在豺狼当道,混乱不堪,我要到美国去学习技术,他日归来为你的复兴效劳。”
钱学森到美国进入了麻省理工学院航空系,学习成绩一直名列前茅。学工程要到工厂去实践,可当时美国航空工厂歧视中国人,所以一年后他开始转向航空工程理论,即应用力学的学习。1936年10月,他转学到加州理工学院。
坐落在洛杉矶市郊帕萨迪纳的加州理工学院航空系,有一位大名鼎鼎的空气动力学教授冯·卡门,他是匈牙利人。20世纪30年代初,航空科学还处于襁褓之中。冯·卡门当时是这一领域的顶尖人物,后来被誉为“超音速飞行之父”。1970年,月亮上的某一陨石坑被冠以他的名字。
钱学森是慕名而去的,冯·卡门抬头仔细打量着这位仪表庄重的东方年轻人,他提出几个专业问题让钱学森回答,钱学森稍加思索便准确地回答了他的所有提问。
冯·卡门暗自赞许:这个年轻人思维敏捷而又富有智慧。于是高兴地收下了这位学生。
学习和研究工作是非常紧张的,钱学森每天工作十几个小时,半天时间看书,半天时间讨论,晚上继续苦战。3年后,他以优异成绩获博士学位并留校任教,成为冯·卡门的得力助手。这期间,他不仅掌握了空气动力学的根本知识,而且已经处在了这门科学的最前沿。1939年,他研究航空结构,只用了一年时间,就取得了突破性的成就。
1938年,钱学森在美国从事空气动力学研究到加州理工学院的第二年,钱学森认识了研究火箭技术的同学F·J·马林纳。经马林纳介绍,钱学森参加了当时加州理工学院的马列主义学习小组,得识该小组的书记、化学物理助理研究员威因鲍姆。在小组里,钱学森同大家一起学习了恩格斯的《反杜林论》;每星期例会经常讨论时事。
鉴于钱学森研究工作的出色成绩和美国战时军事科学研究的需要,他得以参加机密性工作。1944年,美国军方委任冯·卡门教授为首,马林纳为副,大力研究远程火箭。钱学森负责理论组,把林家翘、钱伟长也请了来,进行弹道分析、燃烧室热传导、燃烧理论研究等工作。与此同时,钱学森还担任了航空喷气公司的技术顾问。
1945年初,他还被美国空军聘为科学咨询团团员。这一时期,他取得了在近代力学和喷气推进的科学研究方面的宝贵经验,成为当时有名望的优秀科学家。
第二次世界大战结束时,美国空军高度赞扬钱学森为战争的胜利作出的“巨大的贡献”。美国专栏作家密尔顿·维奥斯特认为,钱学森已是“制定使美国空军从螺旋桨式向喷气式飞机过渡,并最后向遨游太空无人航天器过渡的长远规划的关键人物”,“是帮助美国成为世界第一流军事强国的科学家银河中一颗明亮的星”。
1945年初,钱学森成为以冯·卡门为团长的空军科学咨询团的成员。德国投降后,他随该团的考察小组到欧洲考察航空和火箭技术。1946年暑期,钱学森离开加州理工学院,再到麻省理工学院任副教授,专教空气动力学专业的研究生。
1947年初,36岁的钱学森成为麻省理工学院的正教授。在受监控期间,除教学外,他仍未放弃学术研究,在1953年发表了《从地球卫星轨道上起飞》,为低推力飞行力学奠定了基础,并于1954年出版了《工程控制论》一书。1955年回国前他向冯·卡门告别时,冯·卡门激动地说:“你现在在学术上已超过了我!”
从1935年到1955年,钱学森在美国整整居住了20年。这期间,他在学术上取得了辉煌的成就,生活上享有丰厚的待遇,工作上拥有便利的条件。然而,他始终眷恋着生他养他的祖国。他在写给父亲的信中,不止一次地发出“旅客生涯作到何时”的感叹。
1949年10月1日,新中国在隆隆的礼炮声中诞生了。此刻,钱学森埋藏心底很久的愿望越发强烈起来:早日回到祖国去,用自己的专长为祖国建设服务。他向留学生们袒露了心迹。留学生中有人劝道:“祖国刚解放,要钱没钱,要设备没设备,现在回去搞科学研究,只怕有困难。”钱学森诚恳地说:“我们日夜盼望着的,就是祖国能够从黑暗走向光明,这一天终于来到了。祖国现在是很穷,但需要我们大家——祖国的儿女们共同去创造。我们是应当回去的。”
钱学森和夫人蒋英按捺不住内心的喜悦,商量着早日赶回祖国,为自己的国家效力。此时的美国,以麦卡锡为首对共产党人实行全面追查,并在全美国掀起了一股驱使雇员效忠美国政府的歇斯底里狂热。钱学森因被怀疑为共产党人和拒绝揭发朋友,被美国军事部门突然吊销了参加机密研究的证书。这使他非常气愤。钱学森以此作为要求回国的理由。然而,钱学森万万没有想到,他的回国夙愿竟酿成了一场劫难!美国海军部次长恶狠狠地说:“他知道所有美国导弹工程的核心机密,一个钱学森抵得上5个海军陆战师,我宁可把这个家伙枪毙了,也不能放他回红色中国去!”
从此,美国对他的政治迫害接踵而至。移民局抄了他的家,在特米那岛上将他拘留14天,直到收到加州理工学院送去的1.5万美金巨额保释金后才释放了他。后来,海关又没收了他的行李,包括800千克书籍和笔记本。他们硬说里面有机密材料。其实,在打包之前,钱学森已交他们检查过。美国检察官再次审查了他的所有材料后,才证明他是光明磊落的。
钱学森在美国受迫害的消息很快传到国内,新中国震惊了!国内科技界的朋友通过各种途径声援钱学森。党中央对钱学森在美国的处境极为关心,中国政府公开发表声明,谴责美国政府在违背本人意愿的情况下监禁了钱学森。
当钱学森要求回国被美国无理阻拦时,中国也扣留着一批美国人,其中有违反中国法律而被中国政府依法拘禁的美国侨民,也有侵犯中国领空而被中国政府拘禁的美国军事人员。美国政府急于要回这些被我国扣押的美国人,但又不愿意与中国直接接触。
1954年4月,美英中苏法五国在日内瓦召开讨论和解决朝鲜问题和恢复印度支那和平问题的国际会议。出席会议的中国代表团团长周恩来想到中国有一批留学生和科学家被扣留在美国,于是就指示说,美国人既然请英国外交官与我们疏通关系,我们就应该抓住这个机会,开辟新的接触渠道。
中国代表团秘书长王炳南6月5日开始与美国代表、副国务卿约翰逊就两国侨民问题进行初步商谈。美方向中方提交了一份美国在华侨民和被中国拘禁的一些美国军事人员名单,要求中国给他们回国的机会。为了表示中国的诚意,周恩来指示王炳南在6月15日举行的中美第三次会谈中,大度地作出让步,同时也要求美国停止扣留钱学森等中国留美人员。
然而,中方的正当要求被美方无理拒绝。7月21日,日内瓦会议闭幕。为不使沟通渠道中断,周恩来指示王炳南与美方商定自7月22日起,在日内瓦进行领事级会谈。为了进一步表示中国对中美会谈的诚意,中国释放了4个被扣押的美国飞行员。
1955年7月25日,我外交部成立了一个中美会谈指导小组,由周恩来直接领导。8月1日,中美会谈由领事级升格为大使级。
中国作出的高姿态,最终是为了争取钱学森等留美科学家尽快回国。可是在这个关键问题上,美国人耍赖了。尽管中美双方接触了10多次,美国代表约翰逊还是以中国拿不出钱学森要回国的真实理由,一点不松口。
正当周恩来总理为此非常着急的时候,时任全国人大常委会副委员长的陈叔通收到了一封从大洋彼岸辗转寄来的信。他拆开一看,署名“钱学森”。他禁不住心头一震,他迅速地读完了这封信。信中的内容,原来是请求祖国政府帮助他回国。
这封信是钱学森当时摆脱特务监视,在一封写在小香烟纸上寄给在比利时亲戚的家书中,夹带给陈叔通副委员长的。对于这样一封非同寻常的海外来信,陈叔通深知它的分量,当天就送到周总理那里。“这真是太好了,据此完全可以驳倒美国政府的谎言!”周恩来总理当即作出了周密部署,叫外交部火速把信转交给正在日内瓦举行中美大使级会谈的王炳南,并对王炳南指示道:“这封信很有价值。这是一个铁证,美国当局至今仍在阻挠中国平民归国。你要在谈判中,用这封信揭穿他们的谎言。”
8月1日中美大使级会谈一开始,王炳南率先对约翰逊说:“大使先生,在我们开始讨论之前,我奉命通知你下述消息:中国政府在7月31日按照中国的法律程序,决定提前释放阿诺维等11名美国飞行员,他们已于7月31日离开北京,估计8月4日即可到达香港。我希望,中国政府所采取的这个措施,能对我们的会谈起到积极的作用。”可谈到钱学森回国问题时,约翰逊还是老调重弹:“没有证据表明钱学森要归国,美国政府不能强迫命令!”于是,王炳南便亮出了钱学森给陈叔通的信件,理直气壮地予以驳斥:“既然美国政府早在1955年4月间就发表公告,允许留美学者来去自由,为什么中国科学家钱学森博士在6月间写信给中国政府请求帮助呢?显然,中国学者要求回国依然受到阻挠。”在事实面前约翰逊哑口无言。美国政府不得不批准钱学森回国的要求。1955年8月4日,钱学森收到了美国移民局允许他回国的通知。
1955年9月17日,钱学森梦寐以求的回国愿望得以实现了!这一天,钱学森携带妻子蒋英和一双幼小的儿女,终于登上了“克利夫兰总统号”轮船,踏上返回祖国的旅途。
弗兰总统号回国1955年9月17日,在周恩来总理的关怀下,钱学森终于踏上回国航程,1955年10月1日到达香港,1955年10月8日到达广州。钱学森说:“我一直相信,我一定能够回到祖国的,今天,我终于回来了!”由于钱学森回国效力,中国导弹、原子弹的发射至少向前推进了20年。
1956年初,钱学森向中共中央、国务院提出《建立我国国防航空工业的意见书》。同年,国务院、中央军委根据他的建议,成立了导弹、航空科学研究的领导机构——航空工业委员会,并任命他为委员长。
1956年,钱学森受命组建中国第一个火箭、导弹研究所——国防部第五研究院,并担任首任院长。他主持完成了“喷气和火箭技术的建立”规划,参与了近程导弹、中近程导弹和中国第一颗人造地球卫星的研制,直接领导了用中近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验,参与制定了中国近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验,参与制定了中国第一个星际航空的发展规划,发展建立了工程控制论和系统学等。在空气动力学、航空工程、喷气推进、工程控制论、物理力学等技术科学领域作出了开创性贡献。是中国近代力学和系统工程理论与应用研究的奠基人和倡导人。
钱学森是中国航天科技事业的先驱和杰出代表,被誉为“中国航天之父”、“中国导弹之父”和“火箭之王”。在美学习研究期间,与他人合作完成的《远程火箭的评论与初步分析》,奠定了地地导弹和探空火箭的理论基础;与他人一起提出的高超音速流动理论,为空气动力学的发展奠定了基础。
钱学森早年在应用力学和火箭、导弹技术的许多领域都做过开创性的工作。独立研究以及和冯.卡门合作研究所提出的许多理论,为应用力学、航空工程和火箭导弹技术的发展奠定了基础。回国后长期担任火箭、导弹和卫星研制的技术领导职务,为创建和发展我国的导弹、航天事业作出了杰出贡献。在工程控制论、系统工程和系统科学、思维科学和人体科学以及马克思主义哲学等许多理论领域都进行过创造性研究,做出了重大贡献。
钱学森长期担任中国火箭和航天计划的技术领头人,对航天技术、系统科学和系统工程做出了巨大的和开拓性的贡献。钱学森共发表专著7部,论文300余篇。主要贡献表现在以下几方面:
(1)应用力学
钱学森在应用力学的空气动力学方面和固体力学方面都做过开拓性的工作。与冯·卡门合作进行的可压缩边界层的研究,揭示了这一领域的一些温度变化情况,创立了卡门—钱学森方法。与郭永怀合作最早在跨声速流动问题中引入上下临界马赫数的概念。
(2)喷气推进与航天技术
从40年代到60年代初期,钱学森在火箭与航天领域提出了若干重要的概念:在40年代提出并实现了火箭助推起飞装置(JATO),使飞机跑道距离缩短;在1949年提出了火箭旅客飞机概念和关于核火箭的设想;在1953年研究了行星际飞行理论的可能性;在1962年出版的《星际航行概论》中,提出了用一架装有喷气发动机的大飞机作为第一级运载工具,用一架装有火箭发动机的飞机作为第二级运载工具的天地往返运输系统概念。
(3)工程控制论
工程控制论在其形成过程中,把设计稳定与制导系统这类工程技术实践作为主要研究对象。钱学森本人就是这类研究工作的先驱者。
(4)物理力学
钱学森在1946年将稀薄气体的物理、化学和力学特性结合起来的研究,是先驱性的工作。1953年,他正式提出物理力学概念,主张从物质的微观规律确定其宏观力学特性,改变过去只靠实验测定力学性质的方法,大大节约了人力物力,并开拓了高温高压的新领域。1961年他编著的《物理力学讲义》正式出版。现在这门科学的带头人是苟清泉教授,1984年钱学森向苟清泉建议,把物理力学扩展到原子分子设计的工程技术上。
(5)系统工程
钱学森不仅将我国航天系统工程的实践提炼成航天系统工程理论,并且在80年代初期提出国民经济建设总体设计部的概念,还坚持致力于将航天系统工程概念推广应用到整个国家和国民经济建设中,并从社会形态和开放复杂巨系统的高度,论述了社会系统。任何一个社会的社会形态都有三个侧面:经济的社会形态,政治的社会形态和意识的社会形态。钱学森从而提出把社会系统划分为社会经济系统、社会政治系统和社会意识系统三个组成部分。相应于三种社会形态应有三种文明建设,即物质文明建设(经济形态)、政治文明建设(政治形态)和精神文明建设(意识形态)。社会主义文明建设应是这三种文明建设的协调发展。从实践角度来看,保证这三种文明建设协调发展的就是社会系统工程。从改革和开放的现实来看,不仅需要经济系统工程,更需要社会系统工程。
(6)系统科学
钱学森对系统科学最重要的贡献,是他发展了系统学和开放的复杂巨系统的方法论。
(7)思维科学
人工智能已成为国际上的一大热门,但学术思想却处于混乱状态。在这样的背景下,钱学森站在科技发展的前沿,提出创建思维科学(noeticscience)这一科学技术部门,把30年代中国哲学界曾议论过,有所争论,但在当时条件下没法讲清楚的主张,科学地概括成为思维科学。比较突出的贡献为:
①钱学森在80年代初提出创建思维科学技术部门,认为思维科学是处理意识与大脑、精神与物质、主观与客观的科学,是现代科学技术的一个大部门。推动思维科学研究是计算机技术革命的需要。
②钱学森主张发展思维科学要同人工智能、智能计算机的工作结合起来。他以自己亲身参与应用力学发展的深刻体会,指明研究人工智能、智能计算机应借鉴应用力学,走理论联系实际,实际要理论指导的道路。人工智能的理论基础就是思维科学中的基础科学思维学。研究思维学的途径是从哲学的成果中去寻找,思维学实际上是从哲学中演化出来的。他还认为形象思维学的建立是当前思维科学研究的突破口,也是人工智能、智能计算机的核心问题。
③钱学森把系统科学方法应用到思维科学的研究中,提出思维的系统观,即首先以逻辑单元思维过程为微观基础,逐步构筑单一思维类型的一阶思维系统,也就是构筑抽象思维、形象(直感)思维、社会思维以及特异思维(灵感思维)等;其次是解决二阶思维开放大系统的课题;最后是决策咨询高阶思维开放巨系统。
(8)人体科学
钱学森是中国人体科学的倡导者。
钱学森提出用“人体功能态”理论来描述人体这一开放的复杂巨系统,研究系统的结构、功能和行为。他认为气功、特异功能是一种功能态,这样就把气功、特异功能、中医系统理论的研究置于先进的科学框架之内,对气功、特异功能的研究起了重大作用。在钱学森指导下,北京航天医学工程研究所的研究人员于1984年开始对人体功能态进行研究,他们利用多维数据分析的方法,把对人体所测得的多项生理指标变量,综合成可以代表人体整个系统的变化点,以及它在各变量组成的多维相空间中的位置,运动到相对稳定,即目标点、目标环的位置。他们发现了人体的醒觉、睡眠、警觉和气功等功能态的各自的目标点和目标环。这样,就把系统科学的理论在人体系统上体现出来了,开始使人体科学研究有了客观指标和科学理论。
(9)科学技术体系与马克思主义哲学
钱学森认为,马克思主义哲学是人类对客观世界认识的最高概括,也是现代科学技术(包括科学的社会科学)的最高概括,钱学森将当代科学技术发展状况,归纳为十个紧密相连的科学技术部门。这十大科学技术部门的划分方法,正是钱学森运用马克思主义哲学,特别是系统论对科学分类方法的又一创新。
迈出长征第一步
长征一号是为发射我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”而研制的三级运载火箭。它的一、二级火箭采用当时的成熟技术,并为发射卫星做了适应性修改,第三级是新研制的以固体燃料为推进剂的上面级。
1965年3月,中央专门委员会批准“东风四号”的发展规划,经过6年半的拼搏和奋斗,4次发射,2次失败。
1966年的1月份,根据中国国防科委的要求,当时航天主管部门“七机部(中华人民共和国第七机械工业部)”就已经确定,我国第一枚卫星运载火箭选用“东风四号”液体导弹。
1967年提出了“长征一号”运载火箭方案,也即火箭的第一、二级和控制系统在“东风四号”基础上修改,增加固体第三级。火箭的第二级推进剂燃烧完毕关机后并不与第三级分离,而是控制第三级靠已获速度无动力上升滑行,并且调整火箭达到第三级发动机点火需要的状态。滑行一定时间达到一定高度后,第二级和第三级分离,同时第三级固体发动机开始高速旋转,保持姿态,点火加速,将卫星送入预定轨道。第三级没有一般火箭的完整控制系统,靠自旋保持姿态,发动机在燃料燃烧完毕后,推动力才消失。但第三级有一套电路系统,可以由钟表机构发出自旋、卫星分离和观察伞打开等时间指令。观察伞的设置目的是为了增加日光反射面积和强度,便于地面观察人员用肉眼搜寻和观察卫星。
通过“东风四号”的飞行试验,也试验了“长征一号”运载火箭的第一、二级,这样就节省了大量经费,也缩短了研制周期。因此,“长征一号”运载火箭一开始就是和“东风四号”结合在一起来研制的。
到1971年11月,“东风四号”第四次飞行试验取得圆满成功,我们终于掌握了多级火箭的设计、生产和发射的技术,为“长征一号”运载火箭的研制和发射奠定了坚实的基础。
但是从“东风四号”导弹到“长征一号”运载火箭,依然有很多研究工作要做。首先是对“东风四号”进行适应性修改,使得它能够满足“长征一号”运载火箭发射“东方红一号”卫星的要求。更重要的是火箭第三级固体发动机的研制,从1965年底开始,先后共经过了19次地面试车,到1970年,各项技术指标终于达到了设计要求。
经过四年的艰苦努力,“长征一号”运载火箭终于研制成功了,为发射“东方红一号”卫星,共准备了两枚火箭。1970年1月30日,“东风四号”在酒泉发射基地第二次发射取得圆满成功,于是决定用第一枚“长征一号”火箭发射“东方红一号”卫星。
1970年4月24日是“东方红一号”卫星的预定发射日期。在酒泉的发射场内,技术人员有条不紊地忙碌着。21时35分,点火口令准时发出,“长征一号”火箭腾空而起,在天空中画出美丽的弧线,闪烁着动人的火焰进入了太空。21时50分,中国国家广播事业局报告,收到了中国第一颗卫星“东方红一号”播送的《东方红》乐曲,声音宏亮清晰。4月25日下午,新华社向全世界宣布,1970年4月24日中国成功地发射了自主研制的第一颗人造地球卫星“东方红一号”。全中国乃至全世界的人们,都被中国的航天壮举震撼了。
1971年3月3日,“长征一号”火箭第二次发射,把“实践一号”科学试验卫星准确送入轨道,又一次取得圆满成功。相对于70度倾角、440千米高的圆轨道,“长征一号”火箭的运载能力为300千克。“长征一号”运载火箭共进行了两次发射,都获得了成功。
为了提高“长征一号”火箭的运载能力,适应国内外小型卫星发射市场需求,根据“长征一号”改进的“长征一号丁”火箭正时刻准备着进入发射市场。“长征一号丁”运载火箭的低轨道(185千米)运载能力为850千克,同步轨道的运载能力为200千克。
中国凭借自己的力量,成功发射第一枚“长征一号”运载火箭,一跃成为世界上第五个独立研制和发射人造卫星的国家。“长征一号”的研制成功,是我国航天事业的一个标志性开端,揭开了我国航天活动的序幕,标志着中国开始发展自己的运载火箭。
知识点东方红一号卫星
东方红一号卫星是我国于1970年4月24日发射的第一颗人造地球卫星。按时间先后,我国是继苏、美、法、日之后,世界上第五个用自制火箭发射国产卫星的国家。主要参数:
卫星重量:173千克
卫星外形:直径1米的球形72面体
近地点:439千米
远地点:2384千米
“长征二号”的庞大家族
“长征二号”运载火箭1964年,我国开始研制新型洲际战略导弹,它使中国具备了远程核打击的能力。在研制洲际战略导弹的同时,我国的运载火箭技术研究院开始同步研制“长征二号”运载火箭,并初具雏形。
“长征二号”运载火箭,代号CZ-2,是一枚两级火箭,火箭的一、二级都使用了常温的四氧化二氮和偏二甲肼液体推进剂,其中四氧化二氮是氧化剂,而偏二甲肼是燃烧剂,两种燃料相遇会立即燃烧,称为自燃推进剂。
“长征二号”点火与“长征一号”运载火箭一样,“长征二号”运载火箭二级安装的主发动机,也是以一级75吨发动机为基础改进而来的,利用了一级发动机基本的技术和部件,这也节约了不少研制经费,并且缩短了研制的周期。为了提高火箭二级飞行的灵活性,其游动发动机没有和主发动机共用涡轮泵系统,采用了独立的泵系统,这样,“长征二号”运载火箭游动发动机在主发动机关机的情况下也是能够独立工作的。这对发射卫星的运载火箭来说是特别必要的。
“长征二号”运载火箭一级和二级发动机的研制成功,还有逐渐成熟的一、二级的热分离技术,给我国未来运载火箭的发展打下良好的基础。利用发动机及其组合方式,还有一、二级的热分离技术,加上后来的助推器捆绑技术,形成了我国多型号的“长征”系列火箭大家族。
1974年11月5日,“长征二号”火箭在酒泉卫星发射中心进行了首次发射。由于控制系统的一根导线断裂,火箭在起飞20秒之后,因姿态失控而试验失败。1975年11月26日,“长征二号”火箭第二次发射,并成功将中国第一颗返回式卫星送入预定轨道。后来,在1976年和1978年又分别进行了两次发射,都取得了成功。“长征二号”火箭一共进行了4次发射,除首次发射失败外,另外三次均圆满成功。
“长征二号”火箭发射返回式卫星的成功,使得中国成为世界上继美国和前苏联之后第三个掌握卫星返回技术和航天遥感技术的国家。
“长征二号丙”火箭是在“长征二号”火箭基础上改进设计的,代号CZ-2C。“长征二号丙”仍然是二级火箭,火箭的结构与“长征二号”相同,不过结构质量减小了,发动机经过技术改进,推力提高了,近地轨道运载能力也得到提高,性能更加可靠。
自1975年11月26日首次发射,该火箭共进行了22次发射,均取得了成功。从1980年开始,“长征二号丙”火箭的设计又不断改进,一级和二级分别加长,推进剂加注量也得到不同程度的增加,形成多种技术状态。起飞质量最大达到213吨,最大低轨道运载能力也由“长征二号”的1800千克提高到3000千克。
据统计,仅到2006年年底,“长征二号丙”及其改进型运载火箭就已经连续成功发射25次,将31颗卫星送入了预定轨道,每一次都圆满成功。发射的卫星有返回式卫星、组网的移动通信卫星、科学试验卫星、空间探测卫星、环境卫星、海洋卫星、育种卫星、减灾卫星等。发射的方式也多种多样,有单星发射、双星发射和搭载双星发射,发射轨道也分低轨道、较高的移动通信轨道、大椭圆轨道等。“长征二号丙”及其改进型运载火箭,是目前国内发射次数多、运用灵活、发射可靠、价格便宜、广受用户欢迎、用途广泛的“名牌”运载火箭。
上海航天局在“长征二号”运载火箭的基础上加以改进,加长火箭一级和二级,增加燃料的加注量,提高火箭的发动机推力,形成了“长征二号丁”运载火箭。“长征二号丁”运载火箭,代号CZ-2D,这是一种与“长征二号丙”火箭相似的一种低轨道运载火箭,仍采用两级配置,主要在酒泉卫星发射中心用于发射返回式科学试验卫星。
“长征二号F”运载火箭
“长征二号F”运载火箭是以“长征二号E”即“长征二号捆绑式”火箭为基础,按照发射载人飞船的要求,以提高可靠性、确保安全性为目标研制的。火箭由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成,总高度近59米,近地轨道运载能力9.5吨,起飞质量480吨。
“长征二号F”运载火箭有箭体结构、控制系统、动力装置、故障检测处理系统、逃逸系统、遥测系统、外测安全系统、推进剂利用系统、附加系统、地面设备等10个分系统。其中,故障检测处理系统和逃逸系统是其他型号的运载火箭所没有的,只有载人发射的火箭才专门增加了这两个新系统,目的是确保航天员的安全。其作用是在飞船入轨前监测运载火箭的状态,若发生重大故障,可让载有航天员的飞船安全地脱离危险区。
从1992年开始研制的“长征二号F”火箭,可靠性指标达到0.97,航天员安全性指标达到0.997,是目前国内可靠性、安全性指标最高的运载火箭。它曾成功地将6艘“神舟”飞船送入太空预定轨道,发射成功率达到100%,其可靠稳定的飞行性能得到了检验。
为了提高火箭的可靠性,“长征二号F”火箭主要有3个方面的较大改进:
第一,火箭的二级增压管路材料由铝换成了钢,使其在高温下的强度得到提高。
第二,对发动机输送管路上的续压器进行改进,使用了变能续压器,降低了飞行过程中产生的一些接近人体频率的震动,进一步提高了宇航员在舱内的舒适性。
第三,火箭还增加了一台摄像装置,位于火箭二级的尾舱部位。通过它可以从火箭内部观察到火箭一、二级的分离过程,还可以看到二级发动机的工作、点火过程。另外两个摄像头,分别装配在整流罩内和火箭箭体外。三个摄像头一起,向地面传输、显示最直观的火箭飞行状况。
知识点返回式卫星
返回式卫星指在轨道上完成任务后,有部分结构会返回地面的人造卫星。返回式卫星最基本的用途是照相侦察。比起航空照片,卫星照片的视野更广阔、效率更高。早期由于技术所限,必须利用底片才能拍摄高清晰度的照片,因此必须让卫星带同底片或用回收筒将底片送回地面进行冲洒和分析。各个航天大国都曾利用返回式卫星作军事侦察及国土普查用途。现在由于可从卫星上直接传送影像数据到地面,返回式卫星的功能又演变为回收实验品的空间试验室。
跨出国门,走向世界
1990年“长征三号”运载火箭进入国际发射服务市场,首次发射美国制造的“亚洲一号”通信卫星获得成功。从此,中国航天跨出国门,走向世界。“长征三号”系列火箭采用了先进的氢氧发动机技术,先后把10多颗静止轨道通信卫星和气象卫星送上36000千米的赤道上空,令世人刮目相看。其中“长征三号乙”火箭的近地轨道运载能力达到5吨,与世界上著名的大型运载火箭相比毫不逊色。
“长征三号”运载火箭是在“长征二号”运载火箭的基础上研制的,关键技术在于火箭的第三级。第三级火箭首次采用低温液氢和液氧作推进剂,液氧沸点温度在-183℃,液氢沸点温度在-253℃,液氢还具有易燃易爆的特点。在低温状态下,许多金属材料的物理特性和力学性能都发生了变化,因此需要在大量试验研究之后,才能合理正确地选择合适的金属材料。另外,箱体绝热、防爆、防渗、飞行中推进剂的管理、氢渗漏的检查和低温下流量的测量等问题都是需要攻坚的课题。
“长征三号”运载火箭第三级使用的是氢氧发动机,由一个涡轮泵和四个独立的推力室并联组成。在研制过程中,还解决了防雷击、防静电、防电子辐射、放射频干扰的“四防”问题。为了保证发射和飞行的安全,还采取了防漏、隔离、吹除、通气、探测报警和防爆报警六项措施。
1983年10月,经过7年的不懈努力,“长征三号”运载火箭终于完成研制。广大技术人员的共同努力克服了第一次发射的失误,在1984年4月8日19时20分,“长征三号”火箭第二次发射。火箭准时起飞,飞行正常,按照预定程序飞完全程,成功地将我国自行研制的“东方红二号”同步通信卫星送入地球同步转移轨道。
这次发射成功是一个重大胜利,极大鼓舞了全国人民。不久,卫星在地面测控系统的控制下,顺利进入地球同步轨道,在赤道上空指定位置定点成功。由此,中国成为世界上第四个具有发射地球同步轨道卫星能力的国家。美国国家宇航局局长来信祝贺,称这次成功发射是一个重要的里程碑。
1986年2月,“长征三号”运载火箭又一次将一颗实用通信卫星送入所要求的地球同步转移轨道,进一步提高了我国“长征三号”运载火箭的国际声誉。
“长征三号”运载火箭共完成了13次发射。最后一次发射是在2000年6月25日,成功将我国自行设计制造的“风云二号”气象卫星送入同步转移轨道。后来,“长征三号”运载火箭退役,“风云二号”气象卫星的发射任务由“长征三号甲”运载火箭接替。
“长征三号甲”运载火箭
人类一直在不断地拓展空间活动范围,从近地轨道到3.6万千米高度的地球同步轨道,从距地球38万千米远的绕月轨道,再到拜访八大行星,甚至飞出太阳系。每一次飞跃,都大大提高了人类对宇宙的认识,促进了一系列基础科学、科学技术的创新和发展。
20世纪70年代,为了发展自己的卫星通信技术,我国开展了第一期卫星通信工程,代号“331工程”。“长征三号”运载火箭和“东方红二号”卫星相继诞生。作为我国第一个地球同步通信卫星,“东方红二号”卫星较小,质量仅1300千克左右,只有4个转发器,不能满足国内日益发展的卫星通信事业的需要。随着通信技术的发展,需要研制、发射更为先进的地球同步轨道通信卫星。
为了加速发展我国的卫星通信事业,“长征三号甲”系列火箭于1986年立项研制,主要任务是发射“东方红三号”卫星。当时设计了三种型号,出于模块化和通用化的考虑,“长征三号甲”是单枚三级火箭,捆绑4个助推器就成了“长征三号乙”,捆绑2个助推器则是“长征三号丙”。
“长征三号甲”运载火箭是以中国运载火箭技术研究院为主体、历时8年研制的三级大型液体运载火箭。1986年2月,为了加速发展我国的卫星通信事业,中央决定开展我国第二期卫星通信工程,并于3月31日批准立项,5月31日正式命名为“862工程”。该工程的核心是“东方红三号”。当时,“东方红三号”卫星是国内具有20世纪80年代最新技术水平的通信卫星,其质量约2.2吨,“长征三号甲”火箭是与其配套的运载火箭。
“长征三号甲”火箭是在充分继承原有长征型号火箭成熟技术的基础上,采用百余项新技术制造而成,其中在研制中突破了氢氧发动机、四轴惯性平台、氢能源伺服机构、冷氦增压系统四大关键技术,大大提高了我国运载火箭的适应性,增强了其在国际商业发射市场上的竞争能力,使我国运载火箭设计生产水平上了一个新台阶。
“长征三号甲”火箭全长52.52米,一、二级直径3.35米,三级直径3米,整流罩直径3.35米。火箭起飞质量约242吨,起飞推力2962千牛。火箭一、二级采用常规推进剂四氧化二氮/偏二甲肼,三级采用低温推进剂液氧/液氢。“长征三号甲”运载火箭从发射场腾空升起
火箭一级装有四台并联的液体火箭发动机,单台海平面推力为75吨,每台均可在伺服机构带动下作切向摇摆,以实现对火箭飞行姿态的控制。二级发动机由一台主机(推力75吨)和带四个小喷管的游动发动机(推力为4.8吨)组成,游动发动机喷管可作单向摇摆,以实现对箭体飞行姿态的控制。三级则采用新研制的氢氧发动机,具有真空二次启动能力,由两台独立的单管发动机并联而成,每台推力8吨,可在伺服机构带动下双向摇摆,实现对三级箭体飞行姿态的控制。
1994年2月8日,“长征三号甲”火箭首发运载一箭两星发射成功,标志着我国高轨道新运载火箭诞生,“长征”火箭地球同步转移轨道的运载能力提高到了2600千克。同时,以“长征三号甲”火箭为芯级,捆绑4枚液体助推器形成的“长征三号乙”火箭和捆绑两个助推器形成的“长征三号丙”火箭也相继研制成功,其标准地球同步转移轨道运载能力分别达到了5100千克和3800千克。它们的运载能力可以覆盖世界上大多数通信卫星,并具有适应性好、继承性高、可靠性高等特点,是我国发射对内、对外高轨道卫星的主力。
“长征三号乙”运载火箭
“长征三号乙”运载火箭是中国近十年在国际发射服务市场上的主推火箭,它实际上是以“长征三号甲”作为芯级,在其一级上捆绑了“长征二号捆绑式”的四个助推器,并采用了加长、加强的二级贮箱,其地球同步转移轨道运载能力一跃达到5000千克。“长征三号乙”火箭还可执行其他轨道要求的任务,并且还可满足有效载荷调姿、再定向和起旋要求以及双星和多星发射的要求等。“长征三号乙”火箭可提供多种整流罩以适应不同用户的需要。“长征三号乙”运载火箭在1997年8月和10月先后成功地发射了美国制造的菲律宾“马部海号”卫星和“亚太二号R”卫星。
“长征三号丙”运载火箭
“长征三号丙”是在“长征三号甲”单枚三级火箭基础上捆绑两个助推器而成,运载能力为2600~3800千克,介于2600千克的“长征三号甲”和5100千克的“长征三号乙”之间。2003年,“长征三号丙”运载火箭完成总体设计。
北京时间2008年4月25日23时35分,中国首颗数据中继卫星“天链一号01星”在西昌卫星发射中心由“长征三号丙”运载火箭成功发射升空。
“长征三号丙”运载火箭由三级液体火箭捆绑2个助推器组成,这种独特的“非全对称”火箭在“长征”系列里是唯一的。为此,设计人员突破了“三通道交联结耦”等关键技术,通过电脑合成控制发动机喷管的摆动,从而确保火箭飞行稳定,首飞成功充分验证了设计的正确性。
“长征三号丙”运载火箭的投入使用,填补了中国高轨道运载能力的一个空白,真正实现了我国火箭运载能力系列化。
“长征三号丙”运载火箭是继“长征三号甲”与“长征三号乙”之后“长征三号”系列运载火箭的又一成员。除在它的一级上绑有两个“长征二号捆绑式”的助推器外,它的其余结构部分、分系统和“长征三号乙”火箭基本相同。“长征三号丙”运载火箭的地球同步转移轨道的运载能力为3700千克,并可以执行各种轨道要求的发射任务。它的推出,为用户根据有效载荷的质量和任务要求而灵活地选用“长征”火箭拓宽了范围。
随着时代的发展、科技的进步,世界各国对高轨道卫星的发射需求日益增长,特别是发展中国家对3000千克左右的卫星运载需求比较大,加之“长征三号丙”运载火箭可以提供更便宜的发射服务,因而其在国际商业发射市场上有一定前景。没有一次失败的“长征四号”
“长征四号”运载火箭于1979年由上海航天局开始研制,主要任务是作为发射地球同步轨道卫星的另一个方案。到1982年,该火箭停止研制,转而在“长征四号”火箭的基础上研制“长征四号A”火箭以用于发射太阳同步轨道卫星。
“长征四号”系列运载火箭在发射太阳同步轨道气象卫星上显示出强大的优势,保持了发射不败的记录。
为了研制发射地球同步轨道卫星的备份火箭,上海航天局从1979年开始,用了10年时间终于在1999年研制成功了“长征四号甲”和“长征四号乙”,代号分别为CZ-4A和CZ-4B。与“长征三号”类似,“长征四号甲”也是在“长征二号”基础之上增加了一个第三级形成的。火箭的一级和二级都继承了“长征二号”和“长征二号丙”的成熟技术,但是与“长征三号”又有不同:增加的火箭第三级使用了与一、二级相同的常温液体推进剂,安装两台可以双向摆动的发动机,每台真空推力约为50千牛。全箭加注之后总质量约为240吨,起飞时发动机总推力可达2940千牛,火箭全长42米,可以把1600千克的有效载荷送入900千米的太阳同步轨道,也可以把3800千克的有效载荷送入高400千米、倾角为70°的低地球轨道。
“长征四号甲”运载火箭“长征四号甲”运载火箭,是我国发射第一颗气象卫星“风云一号”的运载火箭。它是在风暴一号基础上增加第三级发动机而成,火箭全长41.901米,芯级最大直径3.35米,运载能力为太阳同步轨道时1500千克。1988年9月7日首次发射,成功地将我国第一颗气象卫星“风云一号”送入太阳同步轨道。随后又将第二颗“风云一号”气象卫星发射进入轨道。总共进行两次发射,全部成功。
后来,“长征四号甲”运载火箭进行了技术改进,提高了可靠性能和适应能力。改进后的火箭被称为“长征四号乙”运载火箭。
“长征四号乙”是我国在“长征四号甲”运载火箭基础上研制的一种运载能力更大的三级液体运载火箭。火箭全长45.576米,芯级最大直径3.35米,运载能力在太阳同步轨道为2200千克。
“长征四号乙”主要用于发射太阳同步轨道的对地观察应用卫星。1999年5月10日,“长征四号乙”火箭首次发射,成功地将“风云一号C”和“实践五号”卫星准确送入轨道。
知识点太阳同步轨道
太阳同步轨道指的就是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向,轨道的倾角(轨道平面与赤道平面的夹角)接近90度,卫星要在两极附近通过,因此又称之为近极地太阳同步卫星轨道。为使轨道平面始终与太阳保持固定的取向,轨道平面每天平均向地球公转方向(自西向东)转动0.9856度(即360度/年)。承载中国航天希望的“长征五号”
“长征五号”是中国研制的新一代重型运载火箭系列,与欧洲“阿丽亚娜-5”基本同级。其设计思想以通用化、系列化、组合化为重点。可搭载两种专门为其设计的火箭发动机,分别为推力120吨的YF-100液氧煤油发动机和推力50吨的YF-77氢氧发动机。新一代大运载火箭“长征五号”
“长征五号”系列实行模块化设计,由直径为5米、3.35米和2.25米的三种模块构成。其中5米模块包含两个50吨级的YF-77发动机,3.35米模块则包含两个120吨级的YF-100发动机。模块化设计的好处是可以根据需要把不同模块组装成不同推力的火箭,以执行不同的任务。例如系列中最为强大的型号,以两个5米模块为主推进器,另配有4个3.35米模块为助推器。
中国大推力火箭的论证起始于1986年。当时主要考虑的是发展大直径、高可靠、无污染的新一代运载火箭,以适应国际商业卫星发射市场和中国未来卫星发射和深空探测的更高需求。然而,正式批准研制却是在21年后。
2007年5月10日,国务院审议通过了《航天发展“十一五”规划》,批准大推力火箭作为16个重大科技专项之一投入研制。这一消息让所有航天人兴奋不已。
“长征五号”运载火箭目前中国的火箭在200千米低轨道最大有效载荷是10吨,36000千米高轨道最大有效载荷为5.1吨,这个运载能力和发达国家相差一半,“长征五号”的出现弥补了这一差距。“长征五号”可以一箭双星或一箭一星发射大卫星、重卫星、重20吨以上的空间站以及月球车。探月工程中的“落”、“回”两大阶段都需要大火箭的推力。
除了大推力之外,与原有火箭相比,新一代大型火箭还有许多其他优势。一是采用液氧煤油或液氢液氧发动机,做到无毒无污染;二是模块化设计,能满足不同重量有效载荷的发射需要,增加了选择性和提高了发射的灵活性;三是提高可靠性,能大幅度提高火箭发射成功率。
为实现我国航天事业的可持续发展,满足新一代运载火箭和新型航天器发射任务需求,2007年8月,国务院和中央军委正式批准在海南文昌建设新一代运载火箭发射场。日前,新发射场可行性研究报告已获国家批准,计划近期开工建设。
在“长征五号”运载火箭和位于海南岛的海南文昌航天发射基地问世后,中国将具备25吨的近地轨道运载能力和12吨的地球同步轨道运载能力,可发射20吨级长期有人照料的空间站、大型空间望远镜、返回式月球探测器、深空探测器、超重型应用卫星等。预计“长征五号”将于2014年开始服役。
在文昌新建航天发射场有五大理由:一是地理位置优越;二是大型运载火箭可以海上运输;三是沿海与内陆相结合;四是高低纬度相结合;五是各种射向范围相结合。
新发射场建成后,将承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、空间站、深空探测卫星等航天器发射任务,将极大提高我国航天发射的综合能力。
继往开来的长征火箭
北京时间2007年6月1日0时08分,随着“长征三号甲”运载火箭将“鑫诺三号”通信卫星成功送入太空,中国“长征”系列运载火箭顺利完成第100次航天发射,“长征”火箭的发射记录也由两位数步入三位数。
这100次航天发射,是中国航天事业发展史上的一座重要里程碑,它标志着中国“长征”火箭已形成一个成熟的航天运载体系,标志着中国将由航天大国进入航天强国的行列。
北京时间2008年10月,“长征”火箭成功将“神舟七号”飞船送入太空,中国“长征”系列运载火箭完成了第109次航天发射。
从1970年4月“长征一号”火箭成功发射中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”开始,中国“长征”火箭走过从常规推进到低温推进、从串联到捆绑、从一箭单星到一箭多星、从发射卫星载荷到发射飞船的技术历程,已形成四大系列12种型号的航天运载产品,具备发射各种轨道空间飞行器的能力,并在可靠性、安全性、发射成功率、入轨精度等方面达到国际一流水平。
中国“长征”家族从无到有,从低轨道到高轨道,从低运载能力到高运载能力,从发射卫星到发射飞船,谱写了中华航天史话一页页新篇章。
中国已经自主研制了多个型号的“长征”运载火箭,形成了完整的系列,质量可靠,技术含量高,经济性能好,能够满足各种轨道、多种航天器的发射要求,具有较强的国际竞争能力。
从1970年4月中国“长征一号”火箭成功发射第一颗中国人造地球卫星“东方红一号”,到2008年10月成功将“神舟七号”送入太空,“长征”运载火箭共进行了109次发射,先后把85颗不同类型的国产卫星、30颗外国制造的卫星和7艘“神舟”飞船送入了太空。
在当今世界上的几个大的系列运载火箭中,美国的“德尔它”火箭发射成功率约为94%,欧空局的“阿丽亚娜”火箭发射成功率约为93%,俄罗斯的“质子号”火箭的发射成功率约为90%,而中国的“长征”火箭的发射成功率也已经达到了92%,进入了世界一流运载火箭的行列。
如今,中国“长征”火箭已成为国际宇航市场上知名的高科技品牌,在国际商业卫星发射服务市场上占有重要的地位。
翻开发射记录,中国“长征”火箭完成前50次发射用了28年,后50次只用了9年。业内人士预测,中国“长征”火箭将用更短的时间,去完成下一个100次航天发射。
未来几年,整个中国航天还将有50多次发射,每年平均10多次,在世界航天的发展和建设史上,中国进入到一个产业化的阶段。
在“长征”发射取得长足进步之后,中国航天运载能力更有了新的提升。目前科研人员正在进行新一代大运载火箭的研制工作,它能将中国现有的运载能力提高到原来的3倍左右。
在“长征”火箭家族中,有四大系列:“长征一号”系列,包括“长征一号”和“长征一号D”,主要发射近地轨道的小型卫星;“长征二号”系列,包括“长征二号”、“长征二号C”、“长征二号D”、“长征二号改”、“长征二号E”和“长征二号F”,主要发射近地轨道中的中型、大型卫星和其他航天器;“长征三号”系列,包括“长征三号”、“长征三号A”、“长征三号B”和“长征三号C”,主要用于发射地球同步高轨道卫星和航天器;“长征四号”系列,包括“长征四号A”、“长征四号B”和“长征四号C”,主要发射太阳同步轨道卫星。这四大系列包括已经完成飞行试验的14种“长征”火箭,其对应的地轨道能力为0.2~9.2吨,太阳同步轨道运载能力为0.4~2.8吨,地球同步转移轨道运载能力为1.5~5.1吨,基本覆盖了低、中、高地球轨道。
外星发射一览
自1985年10月,我国正式宣布“长征”系列运载火箭投入国际发射市场,至2007年7月5日“长征三号乙”运载火箭发射“中星6号B”卫星成功,20多年来“长征”系列运载火箭共进行了27次外星发射,成功地将28颗国外卫星送入预定轨道。
其中“长征二号丙”运载火箭正式发射7次,全部成功,把瑞典“FREJA号”搭载星和12颗美国摩托罗拉公司的“铱星”送入要求的轨道;“长征三号”运载火箭发射4次,3次成功,将3颗国外卫星送入地球同步转移轨道;“长征二号E”捆绑型运载火箭发射8次,5次成功,将一颗巴基斯坦搭载星和其他4颗国外卫星送入预定轨道;“长征三号乙”运载火箭发射8次,7次成功,将7颗国外卫星送入地球同步转移轨道。“长征”系列运载火箭发射国外卫星的情况
“神舟”飞天
随着航天科技的发展,载人航天逐渐被提上了我国航天事业发展的日程。
在载人航天中,保证宇航员的生命安全是第一位的。这就对运载火箭提出了很高的要求。“长征二号捆”运载火箭的研制和发射成功,为我国实现载人航天事业奠定了一定的技术基础,但是它依然不能满足载人航天的基本要求。不过,“长征二号捆”运载火箭在当时我国研制、发射成功的运载火箭中,是最接近载人航天要求的。
“长征二号捆”运载火箭
根据我国高技术研究发展计划方案论证的结果,我国发展载人航天的核心是研制8吨级载人飞船,而“长征二号捆”运载火箭低地球轨道运载能力就已经达到了8吨。并且,与当时具有8吨运载能力的另一种运载火箭“长征三号乙”相比,“长征二号捆”运载火箭的动力系统完全继承了“长征二号”运载火箭的技术,并且经过近百次发射和飞行的考验,变得更成熟、稳定;“长征三号乙”运载火箭比它多了氢氧第三级,结构复杂,可靠性相应降低,尤其是新研制的氢氧发动机,还没有经过充分的飞行试验考核,液氢和液氧的使用安全性也有待进一步验证。此外,“长征三号乙”运载火箭是三级火箭,长度远比“长征二号捆”运载火箭要长,如果再加上载人飞船,长度会超过极限。所以,以“长征二号捆”运载火箭为基础研制新型载人运载火箭是最佳选择。
“长征二号捆”运载火箭要达到载人航天的要求,首先要解决三个方面的问题。一是改进火箭三个系统,主要是控制系统、动力系统和结构系统的设计,提高火箭发射和飞行的安全性、可靠性,以达到载人的相关要求。第二,增加火箭故障检测处理系统,实时监测火箭各个系统的工作状况,做到及时发现火箭飞行故障,并保证能够做出正确判断。第三,火箭逃逸救生系统的设计,也就是说,在火箭发射和飞行的过程中,一旦出现故障危及宇航员生命安全的时候,它能够帮助宇航员迅速脱离危险区域,安全返回地面。
改进型“长征二号F”火箭示意图为了提高火箭发射和飞行的可靠性,工程师对火箭的控制系统进行了全新的设计,不但提高了所有元器件的等级和筛选标准,并且重要仪器设备都采用双套同时开动,即一套仪器发生故障,立即启用备用的另外一套,以保证火箭的正常飞行。重要信号及其转换采用双点双线,甚至三点三线进行,确保万无一失。火箭的结构也根据情况进行了加强设计,提高了安全系数。经过技术人员的不懈努力,火箭的可靠性指标从91%提高到了97%,基本上达到了载人运载火箭的相关要求。
从1992年立项开始,经过7年的努力研制和不懈奋斗,中国第一个载人运载火箭“长征二号F”终于在1999年研制成功。
1999年11月20日,第一枚“长征二号F”运载火箭从酒泉载人航天发射场发射升空,首次将我国第一艘无人试验飞船——“神舟一号”送入预定轨道,完成了我国载人飞船的第一次无人飞行试验。
此后,2001年1月10日、2002年3月25日和2002年12月30日分别进行了3次发射,将“神舟二号”“神舟三号”和“神舟四号”无人试验飞船送入要求轨道。至此,我国载人飞船的无人飞行实验任务圆满完成,为正式载人飞行做好了准备。连续4次圆满发射成功,也是对“长征二号F”运载火箭载人航天能力的初步考核。
2003年10月15日,首次载人航天的神圣时刻终于来临。
第五发“长征二号F”运载火箭,载着我国首次载人航天的飞船——“神舟五号”,竖立在酒泉载人航天发射场100多米高的巨型发射塔架上。
“神舟六号”航天员费俊龙亲手拍摄的太空摄影009号作品《地球、冰、云》8点30分,喇叭里发出“30分钟准备”的指令,火箭发射前30分钟的准备工作开始了。宇航员杨利伟乘坐电梯登上发射塔,进入飞船返回舱。8点45分,火箭和飞船各仪器开始由地面供电转向火箭和飞船自身供电,控制发动机摆动的伺服机打开,火箭和飞船做好了一切准备,处于待发状态。宇航员杨利伟神态自若,坐在飞船返回舱内等待神圣时刻的到来。“一分钟准备”,全国各地的测量跟踪站转入跟踪测量状态,火箭准备起飞了,“倒计时开始,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,点火!”9点整,神箭尾部喷出一团橘红色的烈焰,随着震天的轰鸣声,“长征二号F”运载火箭,载着“神舟五号”飞船拔地而起,划过天空,直飞苍穹,为我国第一位宇航员叩开了进入太空的大门。
“长征二号捆”运载火箭从全国各地测控站和太平洋上“望远号”测量船不断传来的测控报告和测量数据,显示飞船一切正常。“神舟五号”飞船载着中国第一位宇航员杨利伟开始围绕地球飞行,绕地14圈之后,于10月16日凌晨6时23分在内蒙古安全着陆。中国首次载人航天取得圆满成功,中华民族几千年来的飞天梦终于实现。我国成为继美国和前苏联之后世界上第三个掌握载人航天技术并成功发射载人飞船的国家。
2005年10月12日,第六发“长征二号F”又将“神舟六号”飞船准确送入预定轨道。两位宇航员费俊龙和聂海胜在太空连续飞行5天后顺利返航。
2008年9月25日,第七发“长征二号F”运载火箭又将“神舟七号”飞船送入太空,三位宇航员分别是翟志刚、刘伯明、景海鹏,其中翟志刚成为中国航天出舱行走第一人。“神舟七号”载人航天飞行的圆满成功,实现了我国空间技术发展的重大跨越,标志着我国成为世界上第三个独立掌握空间出舱关键技术的国家。
知识点铱星
1997、1998年,美国铱星公司发射了几十颗用于手机全球通讯的人造卫星,这些人造卫星就叫铱星。铱星移动通信系统是美国铱星公司委托摩托罗拉公司设计的一种全球性卫星移动通信系统,它通过使用卫星手持电话机,可透过卫星在地球上的任何地方拨出和接收电话讯号。
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