時(shí)光荏苒，歲月如梭。在2018年，中國的改革開放事業(yè)迎來了40周年的重要?dú)v史節(jié)點(diǎn)。這40年是我國的綜合國力獲得顯著提升的一段時(shí)期。在這樣的背景下，我國的運(yùn)載火箭事業(yè)也獲得了長足的進(jìn)步與發(fā)展。甚至可以說，我國運(yùn)載火箭事業(yè)的絕大部分成就都是在這40年中取得的。

自從1970年4月24日我國成功發(fā)射長征一號(hào)運(yùn)載火箭，截至改革開放之前，我國共進(jìn)行了12次運(yùn)載火箭發(fā)射，其中發(fā)射成功8發(fā)，成功率66.67%，可以說只是剛剛及格。而截至2018年年初，我國運(yùn)載火箭總的發(fā)射次數(shù)已經(jīng)達(dá)到了297次（含長征、風(fēng)暴、開拓、快舟），總發(fā)射成功率達(dá)到了92.93%。

基于已有的運(yùn)載火箭基礎(chǔ)，改革開放以來，我國的長征系列運(yùn)載火箭走過了從常規(guī)推進(jìn)到低溫推進(jìn)、從串聯(lián)到捆綁、從一箭單星到一箭多星、從發(fā)射衛(wèi)星載荷到發(fā)射飛船的光輝歷程，形成了完備的運(yùn)載火箭型譜，具備了發(fā)射低、中、高不同軌道、不同類型衛(wèi)星的能力，是我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和較強(qiáng)國際競爭力的高科技產(chǎn)品。運(yùn)載火箭技術(shù)的巨大進(jìn)步不僅有力地推動(dòng)了中國航天運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展，而且有力地推動(dòng)了我國應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了我國載人航天的起步，同時(shí)對(duì)擴(kuò)大我國航天領(lǐng)域?qū)ν夂献?，增?qiáng)中國的科技實(shí)力、國防實(shí)力和民族凝聚力，發(fā)揮了不可低估的重要作用。

總的來說，我國的運(yùn)載火箭可以分為兩代。第一代是以“長征二號(hào)”為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，以使用有毒的常規(guī)推進(jìn)劑為主。第二代是以“長征五號(hào)”研制帶動(dòng)起來的，以使用液氧/煤油等無毒推進(jìn)劑為主。而近年來固體小型運(yùn)載火箭成為了一股新生的力量。本文將以此為主線，分析我國運(yùn)載火箭發(fā)展和變遷的脈絡(luò)。

第一代運(yùn)載火箭的變遷

1971年，我國第一顆返回式衛(wèi)星立項(xiàng)，其運(yùn)載火箭被命名為“長征二號(hào)”。1975年11月26日，長征二號(hào)火箭首次發(fā)射成功。從1974年至1978年，長征二號(hào)火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心共發(fā)射4次，3次取得成功。在“長征二號(hào)”的技術(shù)基礎(chǔ)之上，通過捆綁助推器、加裝第三級(jí)等模式，發(fā)展出了多種系列的長征運(yùn)載火箭。

▲ 長征家族現(xiàn)役火箭圖譜

“長征二號(hào)”為二級(jí)液體運(yùn)載火箭，主要用于發(fā)射高度在500公里以下的各類近地軌道衛(wèi)星，低軌道運(yùn)載能力為1.8噸?！伴L征二號(hào)”3.35米的芯級(jí)直徑，以有毒的四氧化二氮和偏二甲肼組合而成的推進(jìn)劑體系，70噸級(jí)主發(fā)動(dòng)機(jī)模塊，都成為后續(xù)運(yùn)載火箭發(fā)展的基礎(chǔ)。

更加靈活的直系繼承者“長征二號(hào)丙”

為了進(jìn)一步提高運(yùn)載能力，1979年在長征二號(hào)火箭的基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)了長征二號(hào)丙運(yùn)載火箭，其近地軌道運(yùn)載能力由原來的1.8噸提高到2.4噸，可靠性也有大幅提高?！伴L征二號(hào)丙”可以說是“長征二號(hào)”的直系繼承者。1982年9月9日，長征二號(hào)丙運(yùn)載火箭首次成功發(fā)射。

1993年，“長征二號(hào)丙”承擔(dān)了發(fā)射美國摩托羅拉公司銥星的任務(wù)。根據(jù)銥星的發(fā)射要求，對(duì)火箭進(jìn)行了重大的技術(shù)改進(jìn)，在原二級(jí)火箭基礎(chǔ)上增加了一個(gè)使用固體動(dòng)力的上面級(jí)，實(shí)現(xiàn)多星分配，一次將兩顆銥星送入630公里的圓軌道。

改進(jìn)后的火箭從1997年至1999年，連續(xù)7次發(fā)射成功，將摩托羅拉公司2顆模擬星和12顆銥星送入軌道。后續(xù)“長征二號(hào)丙”對(duì)其上面級(jí)繼續(xù)進(jìn)行了多次改進(jìn)，能夠執(zhí)行更為靈活的發(fā)射任務(wù)。

增加捆綁助推的大力士“長征二號(hào)E”

“長征二號(hào)E”可以說是我國歷史上最具商業(yè)色彩的運(yùn)載火箭。20世紀(jì)80年代，面對(duì)國際市場通信衛(wèi)星重型化的發(fā)射需求，我國決定研制在“長征二號(hào)丙”基礎(chǔ)上捆綁4個(gè)助推器的長征二號(hào)E運(yùn)載火箭。當(dāng)火箭尚處于紙面設(shè)計(jì)階段時(shí)，就通過對(duì)外推銷工作，獲得了美國的發(fā)射訂單?；鸺难兄平?jīng)費(fèi)也是通過貸款方式解決。而為了搶時(shí)間節(jié)點(diǎn)，火箭的研制時(shí)間僅有18個(gè)月多一點(diǎn)。最終中國航天人創(chuàng)造了奇跡，于1990年7月16日成功發(fā)射了首枚長征二號(hào)E運(yùn)載火箭。

長征二號(hào)E運(yùn)載火箭的主要特征就是在其一級(jí)外部捆綁有4個(gè)直徑為2.25米，高約15米的助推器，整流罩最大直徑也達(dá)到了4.2米?；鸺剀壍肋\(yùn)載能力一舉達(dá)到了9.2噸。如果加上適當(dāng)?shù)墓腆w上面級(jí)，可將3噸以上的衛(wèi)星送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。

長征二號(hào)E運(yùn)載火箭的研制成功，使我國首次突破了助推器捆綁技術(shù)、首次研發(fā)成功了推進(jìn)劑利用系統(tǒng)和大型發(fā)射臺(tái)等36項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為我國的運(yùn)載火箭進(jìn)入國際發(fā)射服務(wù)市場，提升中國火箭的影響力起到了重要的推動(dòng)作用。

插上低溫翅膀的“長征三號(hào)”

“長征三號(hào)”是一枚三級(jí)液體運(yùn)載火箭，其一、二子級(jí)基本上與長征二號(hào)運(yùn)載火箭的一、二子級(jí)一致，三子級(jí)采用了具有高空二次啟動(dòng)能力的液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)。長征三號(hào)運(yùn)載火箭于1984年4月8日首次飛行成功，將東方紅二號(hào)試驗(yàn)通信衛(wèi)星送入預(yù)定的地球同步轉(zhuǎn)移軌道。1990年4月，它首次執(zhí)行外星發(fā)射服務(wù)合同，成功發(fā)射了亞洲一號(hào)衛(wèi)星。

液氫的沸點(diǎn)是-253℃，液氧的沸點(diǎn)是-183℃，液氫和液氧在常溫下極易揮發(fā)，而且氫氣屬于易燃易爆品，一旦泄露后果不堪設(shè)想。這些特性給液氫和液氧的生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸和使用帶來了很多難題。另外，液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)還需要在高空失重狀態(tài)下進(jìn)行二次啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的研制難度極大。長征三號(hào)運(yùn)載火箭的研制成功使我國成為世界上第四個(gè)具有地球同步衛(wèi)星發(fā)射能力的國家，也為我國全面掌握低溫推進(jìn)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

后續(xù)在“長征三號(hào)”的基礎(chǔ)上又發(fā)展出了長征三號(hào)甲系列火箭。通過一系列的技術(shù)改進(jìn)，以及加裝0～4個(gè)不同數(shù)量的助推器，長征三號(hào)甲系列火箭運(yùn)載能力更大，而且可以靈活適應(yīng)地球同步轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射需求，也對(duì)我國探月工程起到了開拓性的作用。

擁有常規(guī)動(dòng)力三級(jí)的“長征四號(hào)”

“長征四號(hào)”原來是被作為“長征三號(hào)”的備案進(jìn)行研制的。因?yàn)楫?dāng)時(shí)許多人認(rèn)為研制以液氫液氧為推進(jìn)劑的低溫三子級(jí)在技術(shù)上較為困難，為了保證發(fā)射地球同步軌道通信衛(wèi)星國家任務(wù)的按時(shí)完成，所以同時(shí)開展了使用常規(guī)推進(jìn)劑三子級(jí)的性能較低的“長征四號(hào)”的研制。

“長征三號(hào)”發(fā)射成功之后，“長征四號(hào)”待命發(fā)射地球同步軌道通信衛(wèi)星的使命便自然宣告結(jié)束，轉(zhuǎn)而進(jìn)行改造以發(fā)射風(fēng)云一號(hào)氣象衛(wèi)星。1988年7月，“長征四號(hào)”首次投入使用，成功地將我國第一顆試驗(yàn)氣象衛(wèi)星送入了太陽同步軌道。“長征四號(hào)”研制成功，使我國運(yùn)載火箭的工作范圍得以覆蓋包括太陽同步軌道在內(nèi)的全部地球軌道。

長征四號(hào)運(yùn)載火箭是在改進(jìn)長征三號(hào)運(yùn)載火箭一、二級(jí)的基礎(chǔ)上，新研制第三級(jí)而發(fā)展起來的，火箭各級(jí)全部使用四氧化二氮和偏二甲肼常溫推進(jìn)劑。在繼承“長征三號(hào)”成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，“長征四號(hào)”在新研制的第三級(jí)上采用了更多先進(jìn)的技術(shù)措施，如數(shù)字式姿態(tài)控制系統(tǒng)。

能夠承載航天員的“長征二號(hào)F”

“長征二號(hào)F”是按照發(fā)射載人飛船的要求，在“長征二號(hào)E”的基礎(chǔ)上，以提高可靠性、確保安全性為目標(biāo)研制的運(yùn)載火箭。“長征二號(hào)F”的飛行可靠性超過0.97，主要用于向近地軌道發(fā)射神舟飛船和大型目標(biāo)飛行器。

▲ 長征二號(hào)F火箭發(fā)射“神舟五號(hào)”

“長征二號(hào)F”為確保航天員的安全增加了故障檢測處理系統(tǒng)和逃逸系統(tǒng)，其作用是在飛船入軌前，監(jiān)測運(yùn)載火箭狀態(tài)，若發(fā)生重大故障，將攜帶航天員脫離危險(xiǎn)區(qū)。為了能夠準(zhǔn)確判明故障，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)花了4年多時(shí)間，設(shè)想了310種故障模式，進(jìn)行多輪篩選后，歸納整合出19種故障模式，通過大量仿真試驗(yàn)確定航天員實(shí)施逃逸的參數(shù)閾值，最后確定了合理的判據(jù)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

“長征二號(hào)F”可以說是中國長征系列運(yùn)載火箭家族中的“明星”，它自1992年開始研制，于1999年11月19日首次發(fā)射并成功將中國第一艘實(shí)驗(yàn)飛船神舟一號(hào)飛船送入太空，2003年10月15日首次將中國的航天員送入太空。

新一代運(yùn)載火箭的發(fā)展

▲ 長征六號(hào)火箭

新一代運(yùn)載火箭，是我國為了因應(yīng)推進(jìn)劑無毒化，并提升航天運(yùn)載能力而于2006年開始研制的火箭系列。新一代運(yùn)載火箭使用YF-100、YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿?，采用無毒無污染的液氧、液氫、煤油作為主要推進(jìn)劑，近地軌道運(yùn)載能力最大達(dá)到25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力最大達(dá)到14噸。能夠大幅提升我國進(jìn)入空間的能力，滿足發(fā)射未來月球探測工程較大規(guī)模的月球返回探測器、載人航天工程的20噸級(jí)空間站等大型有效載荷的需求。

我國新一代運(yùn)載火箭遵循“一個(gè)系列、兩種發(fā)動(dòng)機(jī)、三個(gè)模塊”的總體思路，并貫徹“通用化、組合化、系列化”的設(shè)計(jì)思想。據(jù)此，我國研制了包括芯級(jí)直徑5米的長征五號(hào)系列大型運(yùn)載火箭、芯級(jí)直徑3.35米長征七號(hào)系列中型運(yùn)載火箭和長征六號(hào)小型運(yùn)載火箭在內(nèi)的新一代運(yùn)載火箭系列。

2015年9月20日，長征六號(hào)運(yùn)載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心“一箭20星”首飛成功。2016年6月25日，長征七號(hào)運(yùn)載火箭從海南文昌航天發(fā)射場首次成功發(fā)射，這也是文昌航天發(fā)射場的首次發(fā)射任務(wù)。2016年11月3日，長征五號(hào)運(yùn)載火箭在海南文昌發(fā)射場成功發(fā)射。

固體運(yùn)載火箭的破局

隨著小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，小衛(wèi)星的地位越來越高，作用也越來越大，對(duì)運(yùn)載火箭提出了新的要求。以往的搭載、組批發(fā)射已經(jīng)越來越難以滿足小衛(wèi)星的發(fā)射需求。另外由于小衛(wèi)星技術(shù)迭代更新快速，射前準(zhǔn)備簡單，這又推動(dòng)了靈活快速響應(yīng)發(fā)射的需求。而應(yīng)對(duì)這些新的發(fā)射需求，固體小型運(yùn)載火箭是最好的選擇。目前我國已經(jīng)發(fā)射成功的固體運(yùn)載火箭主要有“長征十一號(hào)”“快舟一號(hào)甲”和“開拓二號(hào)”等3個(gè)型號(hào)。

長征十一號(hào)運(yùn)載火箭是一型四級(jí)全固體運(yùn)載火箭，于2015年9月25日完成首飛，是中國長征系列運(yùn)載火箭家族第一型固體運(yùn)載火箭?；鸺睆?米，起飛推力達(dá)到了120噸，700公里太陽同步軌道運(yùn)載能力400千克，低軌運(yùn)載能力可達(dá)700千克?；鸺烧w貯存，操作簡單，可在接到任務(wù)命令后24小時(shí)內(nèi)完成星箭技術(shù)準(zhǔn)備和發(fā)射任務(wù)，其中在發(fā)射點(diǎn)的發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間不大于1小時(shí)，具備“日發(fā)射”能力?；鸺捎昧四軌蜃灾饕苿?dòng)、完成測試準(zhǔn)備的機(jī)動(dòng)發(fā)射平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了不需要專門的火箭發(fā)射場，只要一片平地的無依托發(fā)射能力。

▲ 長征十一號(hào)火箭發(fā)射效果圖

快舟一號(hào)甲運(yùn)載火箭是在原“快舟一號(hào)”星箭一體化運(yùn)載器的基礎(chǔ)上，改進(jìn)研制的一款通用型固體運(yùn)載火箭，于2017年1月9日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心完成首飛。火箭直徑1.4米，700公里太陽同步軌道運(yùn)載能力200千克，近地軌道運(yùn)載能力300千克?；鸺捎萌?jí)固體動(dòng)力+末級(jí)液體助推的串聯(lián)式布局，由移動(dòng)發(fā)射車在普通硬實(shí)地面實(shí)施發(fā)射，不需要復(fù)雜的發(fā)射塔架，簡化了發(fā)射保障設(shè)施。

“開拓二號(hào)”屬于開拓號(hào)系列固體運(yùn)載火箭，于2017年3月3日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心首次發(fā)射成功。火箭直徑1.7米，700公里太陽同步軌道運(yùn)載能力250千克，近地軌道運(yùn)載能力350千克。

改革開放40年以來，中國航天的運(yùn)載火箭技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，先后自主研制出了十余種不同型號(hào)的運(yùn)載火箭，具備了發(fā)射近地軌道、太陽同步軌道、地球同步轉(zhuǎn)移軌道、月球轉(zhuǎn)移軌道空間飛行器的運(yùn)載能力。運(yùn)載火箭在可靠性、安全性和發(fā)射成功率上均達(dá)到了國際先進(jìn)水平，并且成功地躋身國際商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)市場。

展望未來，我國的載人航天、深空探測等航天活動(dòng)需要有更大能力的運(yùn)載火箭來承載，近地軌道大型星座需要運(yùn)載火箭能夠支持大規(guī)模、低成本進(jìn)入空間。一個(gè)國家的火箭運(yùn)載能力有多強(qiáng)，航天舞臺(tái)就有多大，運(yùn)載火箭技術(shù)的發(fā)展前景依然遠(yuǎn)大。

我們相信，隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，運(yùn)載火箭的研制和開發(fā)也必然更多地走向軍民融合、多主體參與、市場化開發(fā)的道路。那時(shí)，百花競放，百舸爭流，我國的運(yùn)載火箭事業(yè)必然會(huì)迎來一個(gè)更為繁榮的明天。