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什么是航天火箭(中国航天之箭:不吹不黑)

福瑞号2022-11-30 12:15:22问答百科227
运载火箭是航天运载工具的一种,是将有效载荷按照预定的速度和方向送入航天的火箭。截止2020年末,中国自主研制的火箭系列有长征系列运载火箭、风暴系列火箭、开拓系列火箭、快舟系列火箭、远征系列火箭。几十年来,我们共进行了387次火箭发射,发射成功率超过92%。作为我们国家主力火箭,长征系列火箭,共进行了357次发射,在总发射数占比超过92%。
什么是航天火箭(中国航天之箭:不吹不黑)-图1
长征一号火箭的发展过程
长征火箭系列,是从1965年开始,由中华人民共和国第七机械工业部第一研究院研制。中国第七机械工业部第一研究院,前身是国防部第五研究院第一分院,由国防部第五研究院院长钱学森兼任第一分院院长。
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长征系列运载火箭时间表
什么是航天火箭(中国航天之箭:不吹不黑)-图3

长征系列运载火箭示意图

钱学森是我国著名的导弹专家,素有“中国导弹之父”“中国火箭之父”.之称。从这一称号可以看出,中国的运载火箭事业,是从研制导弹起步的。中国的第一枚运载火箭,长征一号火箭,就是在东风三号远程弹道导弹的基础上研制而成的。长征一号火箭采取三级助推方式,火箭的一、二级采用东风四号远程弹道导弹,第三级使用新投入生产的FG-02固体火箭发动机。
什么是航天火箭(中国航天之箭:不吹不黑)-图4
长征一号火箭
长征一号火箭,于1970年4月24日,成功将我国第一颗人造地球卫星东方红一号,送入太空。1971年3月3日,长征一号火箭又将“实践一号”科学探测试验卫星成功发射入轨。
长征一号火箭,其后有过好几次优化方案,其中想把第三级动力系统,改成意大利进口的意丽丝固体火箭发动机,但因为没钱购买,所以虽然设计出了优化方案,但没有投产。直到上世纪90年代,中国运载火箭技术研究院还想着改进长征一号火箭,一次取消,另一次虽然将第二级、第三级助推器,都换成当时更先进的火箭发动机,但只是做了几次亚轨道任务,截至退役仍未进行外太空航天的轨道运载任务。
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东风五号最初选用的发动机以北京万源的YF-20B为基础。
我们的洲际导弹又有了新的突破,新研制的东风五号洲际弹道导弹成功发射,这款洲际导弹能够覆盖美国本土,是中国第一种真正意义上的洲际导弹,自服役以来是我国核打击力量的中坚。在东风五号洲际弹道导弹的基础上又生产出风暴一号航天火箭、长征二号系列火箭、长征三号系列火箭和长征四号系列火箭。这几个系列成为中国航天工程的骨干运载火箭,因此长征一号火箭的改进工作就耽搁了,后来火箭各部件的更新换代,让长征一号火箭只发射了2次之后,就退役了。但这并不能磨灭长征一号火箭的历史功绩。
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长征二号模型
后起之秀的各类型火箭,适用于各种需要的发射任务。长征二号火箭,是二级主推火箭,适用于高度在500km以下的各类近地轨道卫星和其他航天器的发射任务。
长征三号火箭主要适用于自旋稳定地球同步轨道卫星的发射任务,一、二级发动机采用长征二号丙的一、二级发动机,三级则采用世界上最先进的液氢/液氧发动机。地球同步转移轨道运载能力为1600公斤。已经成功发射将东方红二号通信卫星和风云二号气象卫星,美国休斯公司制造的HS-376平台通信卫星,送入轨道。
长征四号运载火箭,又名新长征三号,是三级火箭,一、二、三级均采用常规推进剂,具有可靠性高,发射精度高,成本造价低,适应性强等特征。主要用于发射太阳同步轨道卫星。
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长征五号系列火箭家族:CZ-200,CZ-300,CZ-340,CZ-500核心(无助推器无法起飞)和CZ-522型号。
长征五号火箭,是中国研发的第一款重型运载火箭,为二级半构型,总长57米,芯级直径5米,采用2台50吨推力液氢燃料火箭发动机,捆绑4个3.35米直径助推器,共配有8个120吨推力煤油火箭发动机,起飞质量约为870吨,10台发动机总计可提供1060吨推力。其地月转移轨道运载能力达到8吨,地球同步转移轨道最大运载能力14吨,200千米近地轨道标称运载能力25吨,较中国长征三号乙火箭运载能力提升了2.5倍。是中国现役起飞质量最大、芯级直径最粗、运载能力最强的火箭。
长征五号系列火箭于2006年10月立项,2016年11月3日,长征五号首次发射成功。这意味着长征五号系列火箭,将满足在未来20-30年同步转移轨道及深空探测的大型有效载荷的发射要求。
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转场中的长征五号遥二火箭
我们最近的长征五号遥4、遥5火箭,就分别将天问一号送入地火转移轨道,将嫦娥五号送入地月转移轨道。长征五号火箭和长征五号B运载火箭在世界现役大型运载火箭性能排名中,分别高居第四、第五位,前三位都是美国火箭。在世界前20名排名中,中国火箭有5种型号火箭入围。
长征六号火箭,具有快速、干净、廉价等条件,适宜各种迷你卫星的发射委托,提高了商用竞争力,是中国新一代运载火箭的小型运载火箭型号,可靠性不小于0.98,居中国现役运载火箭之首。
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中国长征六号新型运载火箭在太原卫星发射中心点火发射
2015年,长征六号运载火箭,将20颗微型卫星送入太空,创中国一箭多星发射的新纪录。2020年又成功将13颗卫星送入预定轨道,其中,10颗卫星为阿根廷的NewSat卫星,另外搭载“太原号”科普卫星(八一03星)、天雁05卫星、北航空事卫星一号等三颗中国国内卫星。直到2020年,长征六号系列火箭,共发射4次,成功率100%。
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长征七号运载能力介于长征五号和长征六号之间,填补新一代运载火箭序列里大型运载火箭与小型运载火箭的差距,将成为中国未来的主力火箭,逐步替代现有的长征二号、三号、四号系列,承担80%左右的发射任务。长征七号还用于发射天舟号货运飞船,用于空间站的补给工作。待成熟后还将用于发射新一代载人飞船。
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长征八号
长征八号采用无毒无污染推进剂的面对商业市场推出的新型中型运载火箭。2021年12月末首次飞行试验取得成功。其设计目标为商业化、低成本、方便快捷、好使用,用于满足未来中低轨高密度发射任务需求与中高轨商业发射市场的需求。
从签署合约到火箭出厂,履约周期约12个月,发射周期约为10天,即一年可以接30次以上的升空任务。它还是中国第一枚以完全可回收为目标的现役火箭,将为可回收火箭技术开展前期的铺垫工作,在2030年代前其改进型拟实现芯一级与助推器整体垂直回收与重复使用。到时候,中国在发射成本和发射周期方面会得到巨大改进和突破。
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长征九号示意图

长征九号,是中国航天科技集团自行研制中的超重型运载火箭。主要负责未来中国载人登月、火星科考取样返回、太阳系外圈行星探测等多种大运载高难度任务。计划于2028年至2030年首飞。其火箭长度可达110米,芯级箭体直径9.5米级,起飞推力5000吨级,近地轨道运载能力50吨至200吨,奔月转移轨道运载能力15吨至50吨,奔火转移轨道运载能力12吨至44吨。未来能将3至5人送到月球。
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长征十一号运载火箭,是中国航天科技集团研制的小型全固体燃料运载火箭,可以提高其快速进入空间、应急发射的能力。长征十一号发射周期不超过72小时,最短发射时间在24小时以内。长征十一号火箭无需固定发射塔,采用轮式发射车机动发射,2019年6月5日,长征11号在中国黄海海域发射成功。这是中国首次在海上实施运载火箭发射。
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风暴一号火箭.
除了长征运载火箭系列,上海地区为了当时国内需要,由上海市第二机电工业局(今上海航天技术研究院)设计研发了风暴系列火箭,共进行了六次发射,四次获得成功,将六颗卫星送入预定轨道。后来国家对火箭的研制发射任务作了调整,上海不再研制风暴一号,其成熟的技术融入和延续到了上海后来研制的长征系列火箭中。
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开拓者系列火箭
开拓者系列火箭是由中国航天科工集团公司组织研制的一系列使用固体燃料的小型航天运载火箭。目前只有开拓者一号成功发射,并投入生产。固体燃料火箭没有液体或液固混用火箭的推力大,只能发射在近地轨道运行的小卫星和微小卫星,但因相对构造简单,简易操作,从各级组装到发射最快可在12个小时内完成。可以在战时在反卫星和快速发射补充卫星数量上起到重大作用。但后期开拓者系列火箭并没有再有改进型号,究其原因,可能是它的发射失败率太高,总共发射4次,只成功了2次。因此,后续这一功能被长征十一号运载火箭和快舟系列火箭取代。
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快舟一号甲运载火箭发射升空.
快舟系列运载火箭是由中国航天科工集团研制的星箭一体化全固体燃料运载火箭,主要用于各类灾害应急监测和抢险救灾信息支持的小型卫星,偏重于“空间快速响应能力”。火箭共3级,第4级为装有液体燃料的卫星。快舟系列火箭一共发射了12次,只在最近的2020年9月份发射失败过一次。
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上面级结构简图

远征系列上面级,是一种运载工具,是在原有的三子级火箭上面,增加相对独立的一级,形成“四级火箭”。因此,它并不是单独意义上的火箭,需要搭载在长征系列火箭上,待运送到一定轨道后,远征系列上面级能够自主飞行多次点火启动,将一个或多个航天器一次性直接送入不同轨道空间。它类似于摆渡车将车内的乘客送到不同地点,因此被喻为“太空摆渡车”。
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“远征一号”上面级与“北斗三号”卫星组合体
远征系列上面级发展到现在,具备不小于20次重复启动能力,设计寿命48小时,可将10颗卫星部署到不同轨道。我国北斗导航系统卫星能够如此迅速组网成功,离不开远征系列的功劳。搭载远征系列上面级的火箭,总共发射19次,成功率100%。
说到这里可能大家疑惑,为什么没有长征十号运载火箭?答案是有的。而且是早在上世纪70年代初就想发射。当时这个航天计划叫“曙光一号计划”,项目名称为“714工程”,也就是毛主席批示开展中国载人航天计划的日子。这是中国于20世纪60年代末至70年代初进行的第一次载人航天计划。可以说,美国于同时期载人登月成功,极大刺激了当时的中国航天人。要知道,那个时候我们连载人送入太空都没有做到。
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“曙光一号计划”
为了追赶美国的航天发展水平,我们中国当时制定了现在看来非常激进的“曙光一号计划”,着手选拔航天员,并于1971年最终确定了19名航天员。第一步是要载人送人太空,而为了登月,钱学森又抓紧主导发起了长征十号重型火箭的研制工作,在当时我们还在刚刚起步完善长征一号运载卫星火箭的情况下,就要跨代研制长征十号载人航天火箭,在当时的国内国际环境下,这难度和工作压力可想而知。
毛主席在权衡利弊之下,觉得中国“地上的事情是应首要考虑的”。由此计划大为收缩。1975年中央政府指示暂停。因此,曙光一号工程只推进了7年就因为国力原因而不得不下马,而长征十号作为曙光工程的产物自然也就随之下马。直到30年后的2003年,载人航天计划才由神舟五号完成。
我们看到中国航天这短短几十年,取得的骄人成就,要知道这些成就,来之不易,是我们这么多年来面对西方国家对我们的技术封锁,经历过无数次失败和挫折,独立自主地完成的艰巨使命。相比于美国在航天技术成果上的积淀,我们的差距还是有的。
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而且我们中国人的志向是要比拼全世界,而在这个世界上的航天水平,无疑美国是走在了最前列。在全世界现役重型运载火箭性能比拼中,美国重型火箭不仅发射次数多于中国,而且发射成功率也占优。就在刚刚过去的2020年,我国共进行了38次发射任务,接连有4次发射失利,包括长征七号甲火箭首飞、长三乙火箭、快舟1号甲、快舟十一号发射失利商业火箭发射失利。
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龙飞船正在接近国际空间站。
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SpaceX猎鹰9号运载火箭携带龙飞船升空。
快舟系列卫星的发射失利,对我们中国火箭民用、商业化进程有一定影响。相比之下,由马斯克于2002年创办的,美国太空运输领域的“黑马”SpaceX公司,以美国民营航天制造商和空间运输公司身份,在2020年共成功发射了26次猎鹰9号火箭。SpaceX公司开发出的龙系列飞船,是历史上第一艘商业运营的货运飞船。开发出的猎鹰9号成为第一枚可以多次重复使用的液体燃料火箭。并开始建造庞大的低轨网络卫星系统“星链”,成为世界上最大的商业卫星运营商。还在2020年用载人1号将首批4名乘客送往国际空间站,标志着商务航天的开始。
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在CRS-8任务中,猎鹰9号运载火箭第一级首次成功降落在海上无人驾驶着陆船上。
SpaceX公司可算是是世界上首屈一指的私营航天企业,当马云多年前还在嘲笑马斯克“不接地气”的时候,马斯克用最实际的行动,告诉我们什么是未来产业。当我们还在为载人登月努力准备的时候,马斯克的SpaceX公司已经开始进行火星殖民计划。
面對航天領域激烈的競爭,我們要沉着冷靜,不被他人帶節奏,正視自己的差距,未來20年,我們航天事業的重心依舊是將中國宇航員成功送入月球軌道,並實現登月。這一天不遠不近,不急不緩,我們努力踏踏實實地走好每一步。
(图片来自网络,侵删)

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