李会超：长七改型发射失利，成长必须付出的代价

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李会超：长七改型发射失利，成长必须付出的代价
- 李会超空间物理学博士，科普作者
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2020-03-22 09:20:15 字号：A- A A+ 来源：观察者网

【文/观察者网专栏作者李会超】

3月16日夜，海南传来了让人扼腕的消息：长征七号改型火箭发射遭遇失利。

前不久，长征五号遥三火箭刚刚将长五遥二火箭发射失利带来的阴霾一扫而光，而长征七号改型火箭的失利却又将让航天技术人员们进入艰辛的归零过程。

失败是谁都不愿看到的。然而，从国内外火箭的研制和使用情况看，发射失利却又是不可避免的。发射失利最有可能出现在型号研制的早期，但在若干次成功飞行后也有可能出现，可以说是火箭成长中的烦恼。

模块化的新一代火箭

长征七号火箭在2016年成功首飞后，2017年4月又将天舟一号货运飞船成功送入太空。在这两次火箭飞行过程中，长征七号火箭都是将载荷送入距离地球几百公里的低地球（LEO）轨道中。而根据目前能够得到的图片，本次发射的长征七号火箭看起来比之前两次更加修长。根据火箭的一般设计原理和网络上流传的信息看，这次火箭和长征七号前两次飞行所使用的构型不同。火箭变长的原因应该是增加了第三级，以发射进入同步转移（GTO）轨道或更高轨道的载荷。

网传长征七号改火箭的外观，比之前使用的长征七号火箭要稍长一些

如果将火箭设计成仅有一级的结构，从起飞到结束工作都是一个整体，那么也就没有一二级、二三级分离这样的工作，火箭的飞行过程看起来就要简单不少。然而，俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基在1903年提出的齐奥尔科夫斯基公式从理论上否定了这种“捷径”的可行性。在这个公式中，火箭在工作期间所获得的速度增量与发动机开始工作时的火箭总重m0和发动机结束工作时的总重m1相关，m0/m1的比值越大，火箭就能获得越大的速度增量。

于是，火箭设计师们提出了多级火箭的解决方案。通过不断将完成工作的部分抛弃，火箭m0/m1的比值将不断变化，火箭得以被“接力”加速，最终达到理想的入轨速度。使用多少级完成最终的入轨，根据载荷的轨道和火箭使用的发动机类型等因素决定。一般而言，发射的航天器需要进入的轨道越高，火箭也就需要使用越多的子级。对于长征七号而言，前两次发射使用的基本型用于实施近地轨道发射任务，采用两级构型。而当进行更高轨道的发射任务时，则需要增加一级。

长征三号乙运载火箭飞行过程。来源：长城工业公司

以长征五号和长征七号为代表的我国新一代运载火箭，极大的提升了我国火箭的最大运载能力。例如，GTO轨道的运载能力，以往性能最好的长三乙火箭为5.5吨，而长征五号基本型的GTO运载能力则可达14吨。

但目前航天器的发展呈现出多样化的态势，并非所有的航天器都需要这么大的运载能力。因此，新一代运载火箭在设计时，采用了模块化、通用化的设计思路。通过5米、3.35米和2.25米三种基本模块单元，就可以组合出不同型号的火箭构型。在新一代火箭的三个型号中，芯级使用5米模块的为长征五号，芯级使用3.35米模块的为长征七号，芯级使用2.25米模块的为长征六号。长征五号的基本型助推器，使用3.35米模块，可以看做是长征七号的第一级稍加改动而构成的。而长征七号基本型助推器的2.25米模块，则与长征六号的2.25米芯级基本相同。

新一代火箭模块化组合示意图，摘自《中国运载火箭技术的成就与展望》一文

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标签长征七号改型火箭发射失利可靠性避免失利成长代价
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