共和國科技檔案：從「長征」一號到「長征」五號

見證

到現在，長征系列火箭已經進行了117次發射，而新一代長征火箭的研製也在緊鑼密鼓地進行中。長征系列火箭發射的歷程，既是我國航天事業從無到有、從弱到強的足跡，也見證了我國航天人近半個世紀的風雨兼程……

1970年4月24日，「長征」一號火箭升空，這是我國長征系列火箭的首次發射，伴隨太空中傳來的「東方紅」樂曲，我國航天活動的序幕就此拉開。

1975年11月26日，長征系列火箭第4次發射，我國第一顆返回式衛星準確入軌。這次成功發射使中國成為世界上繼美蘇之後第三個掌握衛星返回技術和航天遙感技術的國家。

2003年10月15日，長征系列火箭第71次發射，將「神舟」五號載人飛船送入太空，從此，宇宙空間開始出現中國人的身影。

2007年6月1日，「長征」三號甲運載火箭將「鑫諾」衛星送入軌道，這是長征系列火箭的第100次發射，總成功率達93%。

導彈「變身」運載火箭

1964年春，26歲的茹家欣剛剛從哈爾濱軍事工程學院畢業，這位後來的運載火箭專家，被分配到國防部第五研究院一分院，這是我國當時負責研製運載火箭的機構，他在這裡的工作，是參與某型號導彈研製。

時光荏苒。如今已是古稀老人的茹家欣回憶道：「『長征』一號運載火箭是在某型號導彈的基礎上研製的。此型號和『長征』一號在研製過程中並沒有嚴格地分開。『長征』一號火箭的一、二級就是這型號導彈，如果此型號導彈研製成功，就相當於『長征』一號的前兩級成功了。」

說起來簡單，但當時研究人員需要解決一系列技術問題。首先是級間分離技術。經過研究，最終決定使用熱分離的方法來完成這一工作。即二級火箭發動機在一級發動機熄火前零點幾秒提前發動，通過二級發動機產生的噴焰將一級火箭「噴」出去，實現分離。這一技術經過四次飛行試驗后終獲成功。另外，相比火箭一級發動機，火箭二級延長了發動機的噴管，使噴口加大。

導彈實驗成功，標誌著「長征」一號的一級、二級火箭已準備就緒。但彈道導彈畢竟不同於運載火箭。彈道導彈只注重速度，速度越高，射程越遠。但火箭不僅要求速度，還要求高度。高度不足，衛星運動阻力就大，導致其很快減速。如果高度在100公里以下，大氣阻力很快會使衛星墜落，而高度在150公里以下，衛星的壽命也只有五六天。因此對於發射衛星來說，高度至少在180公里以上。

「東方紅」一號是我國發射的第一顆衛星，當時控制技術還不是很成熟，偏差較大，因此設計軌道時高度選在300公里以上。「此時如果偏低幾十公里，高度就接近200公里了。如果設計高度是200公里，再偏低幾十公里，實際高度可能只有100公里，就有掉下來的風險。」茹家欣說。

因此，為了達到設計高度，必須在導彈的基礎上，再加一個三級火箭。當時為了搶時間，沒有採用相對複雜的液體發動機，使用的是技術比較成熟的固體燃料發動機。這樣，當二級火箭點火后，速度已經達到6000米/秒左右，關機后仍可依靠慣性繼續飛行，當達到預定高度后，三級火箭點火加速，將衛星送入軌道。

「長征」一號首發，便成功將「東方紅」一號衛星送入軌道，從此揭開我國航天活動的序幕。後來，「長征」一號又進行了第二次發射，成功將「實踐一號」試驗衛星送入軌道。至此，「長征」一號的兩次發射均獲成功。

從「一號」到「二號」的技術飛躍

在「長征」一號飛行成功之後，中國運載火箭技術研究院繼而又研製了我國的第二個液體運載火箭「長征」二號。都是脫胎於導彈，但「長征」二號是二級火箭，而且在技術和性能上有了大幅度提高。

茹家欣說，「長征」二號採用了當時新研製的75噸推力發動機，大大超過「長征」一號所用的發動機，後來我們所有的運載火箭都是以75噸發動機為基礎研製的。雖然發動機性能提高，但和「長征」一號一樣，「長征」二號在導彈變火箭過程中，也是解決了一系列技術難題后才得以實現。

儘管導彈的發動機推力很大，但達不到衛星要求的高度。當時此型號的二級火箭裝有兩種發動機，一種是75噸發動機，推力大，但方向固定，如果火箭出現誤差無法校正。還有一種遊動發動機，推力較小，有4個噴管，每個噴管產生1.2噸推力。但噴管可以擺動，控制火箭的姿態。

安裝遊動發動機的目的，一是為了調整火箭的姿態，二是為了提高火箭精度。因為當大推力發動機關機后，動力不會馬上消失，殘留燃料會繼續燃燒產生推力。這種推力的誤差較大，需要遊動發動機進行調整。當大推力發動機關機，推力完全消失后，遊動發動機才會關機。作為導彈，此時遊動發動機只需要在大推力發動關機后再工作十幾秒，關機高度為130公里左右，但這個高度不能滿足衛星的入軌高度要求。

研究人員想出一個辦法，那就是大推力發動機提前關機，將遊動發動機的工作時間由十幾秒增加到200秒，使整個二級火箭有足夠的飛行時間去爬高。這樣使近地點高度達到要求的180公里，遠地點高度近300公里。由於控制水平比「長征」一號時提高很多，誤差只有幾公里，這個高度足以達到對地觀測衛星的要求。

後來，在「長征」二號的基礎上，研究人員不斷改進，研製出新型號「長征」二號丙，使火箭的運載能力從1800公斤猛增到3000公斤。改進主要是將火箭的結構強度降了下來。茹家欣說，「長征」一號和二號都是在導彈基礎上發展起來的，但導彈和火箭不同，導彈要求在任何條件下都能發射，對強度要求很高。火箭則不需要，可以選擇適宜的條件發射，結構強度沒必要那麼強。因此按導彈的要求去設計火箭，是很不必要的。降低了強度，火箭的運載能力則得到了相應的提高。

中國火箭技術研究院總體設計部總體室的王國輝主任參與的第一次發射便是「長征」二號丙運載返回式衛星的任務。那次他和同事經過幾個月努力，成功進行了第一次火箭在大氣層內拋棄整流罩的嘗試，圓滿完成發射任務。

「長征」二號火箭共發射4次，3次成功，只有第一次失敗。當時一根控制信號導線折斷，火箭在起飛20秒以後姿態失穩，火箭自毀。對於失敗，茹家欣和王國輝都表示，航天從本質上說就是個科學實驗，只要是實驗就有可能失敗。而且航天工程太複雜，上萬個元器件，有一個出問題就會導致失敗。關鍵是要分析失敗的原因，從失敗中解決技術問題，來促進火箭的研究。從總體看，我國火箭發射失敗率較其他國家要低，而且隨著技術的成熟，自1997年至今，我國火箭發射便再無失敗的記錄。
氫氧發動機助推高軌衛星

「長征」三號是三級運載火箭，採用「長征」二號作為其一級、二級，對於第三級，當時有兩套方案。一套是採用液氫/液氧發動機，另一套是採用常規燃料的發動機。「當時我們院研製的是氫氧發動機，那時國外的氫氧發動機已經搞起來了，而我們剛開始，也不敢弄很大，先做了個實驗性的，只有4個噴管，每個噴管的推力1噸多。」茹家欣說。

使用常規燃料的發動機，一公斤燃料能夠產生300公斤推力，而氫氧發動機一公斤燃料可產生將近440公斤的推力。優點不言而喻，但難題同樣明顯。擺在研製人員面前的難題是氫氧發動機在高空的二次點火。

「長征」三號第一次發射，就因氫氧發動機二次點火不成功而失敗。「長征」三號的二級火箭關機時，還沒有進入軌道，需要三級火箭第一次點火，工作幾百秒後進入停泊軌道。由於「長征」三號要發射的地球同步軌道衛星的軌道必須處於赤道上空，所以在進入停泊軌道后，火箭還要依靠慣性向赤道飛行。當進入赤道上空時，三級發動機二次點火加速，使衛星速度達到10.3公里/秒，逐漸飛行到36000公里高度。但由於二次點火不成，造成發射失敗。後來查找原因，發現是由於發動機溫度沒控制好，造成點火失敗。

發現問題后，研製人員改進了發動機冷卻時的程序，加大了用於冷卻發動機的液氫、液氧用量，有效地改善了發動機二次點火的條件。4個月之後，火箭第二次發射取得圓滿成功。「長征」三號發射成功后，在實驗性氫氧發動機的基礎上，新的大推力氫氧發動機被開發出來。

隨著新的氫氧發動機的研製，一個新的火箭型號「長征」三號甲誕生。「長征」三號甲的三級火箭裝備了2台80千牛氫氧發動機，推力將近160千牛。並且採用了新型的「四框架平台」取代原來的「三框架平台」來控制火箭的姿態，使火箭由原來只能做抬頭低頭的動作，發展到衛星要求調整到什麼姿態，就能調整到什麼姿態。自首飛以來，長三甲發射了多顆衛星，成功率百分之百，有「金牌火箭」之稱。在此基礎上，還發展出「長征」三號乙和「長征」三號丙等型號火箭。

另外，我國還研製出了「長征」四號系列火箭，這是一種與「長征」三號類似的三級火箭，不同的是其第三級採用了常溫液體火箭發動機，主要用來發射太陽同步軌道衛星。

呼之欲出的新一代「長征」

「長征」系列運載火箭滿足了我國目前各種衛星和載人飛船的發射要求，但與先進國家相比，仍有一定差距，而我國已經開始實施的探月工程和深空探測計劃等，也對火箭技術提出了更高的要求。

據了解，目前我國的「長征」五號和「長征」七號(代號暫定)系列火箭正在緊鑼密鼓地研製中。新一代的運載火箭採用兩種發動機--氫氧發動機和液氧/煤油發動機。其中，芯級火箭使用單台70噸推力的氫氧發動機，一級火箭可以裝四台。而助推器則使用液氧/煤油發動機，每台推力能達到120噸。而火箭上可以捆綁4個助推器。推力相當可觀。

不同於前面的二級和三級火箭，新型的「長征」五號火箭是向「一級半」和「二級半」發展。茹家欣解釋說，芯級火箭算一級，助推器算一級，但助推器由於是在地面點火，因此只能算半級。一級半火箭用來發射低軌道衛星，而發射高軌道衛星需要再加一級，用二級半火箭運載。

茹家欣說，火箭趨勢是向低級數發展，因為從安全的角度去考慮，級數越多越不可靠。早期由於火箭發展技術比較低，只有通過增加火箭級數的辦法來增加飛行的高度和距離，沒有其他辦法。而現在隨著發動機性能的提高和結構的減輕，可以使用更少的級數來完成任務，因此我國新一代火箭便是按照這個思路來研製。

新研製的「長征」七號，未來將替代目前的載人運載火箭「長征」二號F。王國輝目前的主要工作，就是負責「長征」七號的總體設計。他說，「長征」七號的運載能力更大，原來的「長征」二號F的運載能力為8.5噸，而 「長征七號」則達到13.5噸。除了用作載人運載火箭，王國輝表示，還要在這個基礎上作系列化的發展，使其具備發射多種衛星和飛船的能力。

對於新一代火箭，王國輝和茹家欣這新老兩代航天人都有著自己的期許。茹家欣說，我國現役的火箭，都是以75噸發動機為基礎研製出來的，已經使用了40多年，應當有新的技術來替代它。非常希望新的火箭能早點造出來。王國輝的目標則是希望目前在飛的火箭能夠確保每次都發射成功。研製中的火箭能夠按時完成工作，首飛不出問題，達到任務的要求。

2013年，「長征」七號將首飛。1年後，「長征」五號首飛。伴隨著新一代火箭的升空，我國運載火箭的能力和水平將得到全面提升，並大大增強我國火箭的國際競爭力，實現我國航天運載技術的跨越式發展。
大事記

1975年11月，「長征」二號丙火箭在酒泉衛星發射中心成功發射中國第一顆返回式科學技術試驗衛星。

1986年2月，「長征」三號火箭在西昌衛星發射中心成功發射中國第一顆通信衛星「東方紅二號」，從而結束中國租用外國衛星進行衛星通訊的歷史。

1990年4月，「長征」三號火箭在西昌衛星發射中心成功發射中國承攬的第一顆國際商務衛星——美國「亞洲一號」衛星，中國航天由此步入國際商業衛星發射服務市場。

1999年11月20日，「長征」二號F火箭在酒泉衛星發射中心成功發射中國載人航天工程第一艘試驗飛船「神舟」一號。

2001年5月，「長征」四號火箭在太原衛星發射中心一箭雙星，成功發射「風雲一號D」氣象衛星和中國第一顆海洋衛星「海洋一號」。

2003年10月15日，「長征」二號F火箭在酒泉衛星發射中心成功發射中國首艘載人飛船「神舟」五號，中華民族千年飛天夢想成為現實。

2005年10月12日，「長征」二號F火箭在酒泉衛星發射中心成功發射「神舟」六號載人飛船，中國載人航天工程順利實現多人多天太空飛行。

2007年5月，「長征」三號乙火箭在西昌衛星發射中心成功發射「奈及利亞通信衛星一號」，這是中國首次以火箭、衛星及發射支持的整體方式，為國際用戶提供商業衛星服務。

2007年6月1日，「長征」三號甲火箭在西昌衛星發射中心成功發射「鑫諾三號」通信衛星，中國「長征」系列運載火箭完成第100次航天發射。

親歷

茹家欣：觀星記

「長征」一號成功將「東方紅一號」送入軌道后，茹家欣和周圍的人一樣，心情激動，因為那是我國成功發射的第一顆衛星。大概在衛星成功發射三四天後，茹家欣從廣播里聽到，衛星會在當天傍晚時分經過北京上空。於是一下班茹家欣就跑回家守望天空。

要看到衛星，很需要一些運氣。因為衛星處於不斷運動中，並非時刻都停留到北京上空。而且即使經過，白天也是很難觀測到的，只有在天色暗下來時才能比較容易地看見。那天的條件正好合適，茹家欣也很快發現了那個「小亮點」。

「之所以能確定那是衛星，是因為它是運動的，而且運動的很慢。星星的位置是不動的，而飛機的運動速度又很快，而且高度低，所以我確認那就是衛星。」他回憶說。

但隨即，他話鋒一轉，「實際上，我們看到的並不是真正的衛星。衛星的直徑不到1米，地面用肉眼看非常困難。但是三級火箭很大，而且它的軌道和衛星相近，在同衛星分離后，和衛星的距離是慢慢拉開的。上面安裝了鍍鋁的觀察傘，鍍鋁是很亮的，地面容易看到。因此那時候人們看到的實際上是火箭。」茹家欣笑著說。

王國輝：難忘的發射經歷

2004年8月29日，「長征」二號丙火箭發射返回式衛星。那是長征系列火箭的第78次發射，也是王國輝參與的第一次發射。當時他並不在現場，而是在前期負責整流罩的氣動設計。

「當時火箭的運載能力不是很足，設計師想了個辦法，在大氣層內拋掉整流罩，使運載能力寬裕一些。以前都是在大氣層外拋整流罩，那裡沒有空氣動力的干擾，拋起來比較順暢。這次在大氣層內，氣動干擾非常厲害，如果分不開，火箭運載能力不足，衛星就入不了軌，會導致發射失敗。」王國輝說。

為了確認這一做法可行，王國輝和同事開始了計算工作。受當時技術限制，這項工作持續了3個月，那段時間沒有休息日，每天工作到11點。整流罩分開一點，他們就要計算出阻力、力矩等參數，然後再去算下一個零點一秒，整流罩的位置以及新的參數……最終，通過計算機的模擬，這個方案被認為可行。

發射當天，不在現場的王國輝心情緊張，雖然模擬沒有問題，但實際情況如何，這個剛工作不久的年輕人心裡也沒底。後來收到老總的簡訊：「分離成功、發射成功」，心裡的石頭才算落了地。第一次參與發射的經歷令他至今難忘。（記者 張超）

中國的航天和火箭還是很厲害的

何謂"共和國"?

真搞笑.