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我國長征七號甲運載火箭發射成功 一文讀懂幕后故事

2021-03-12 來源:騰訊科技

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  據央視新聞消息,2021年3月12日1點51分左右,我國長征七號甲遙二運載火箭在海南文昌發射中心發射升空,并將試驗九號衛星成功送入預定軌道。此次任務是長征系列運載火箭的第362次飛行。

 

  據悉,本次發射的試驗九號衛星主要用于空間環境監測等新技術在軌驗證試驗。

 

  長征七號甲火箭高60多米,起飛質量達570多噸,基本上是在長征七號火箭的基礎上增加了第三級而成?;鸺谝患?、第二級和四枚助推器都是采用無毒污染的液氧/煤油作為推進劑,第三級則采用更加高效的液氧/液氫作為推進劑。液氧的沸點是零下183攝氏度,而液氫的沸點更是驚人的零下253攝氏度,因此,有人把這款火箭形容為“冰箭“。

 

  長征七號甲火箭主要用于地球同步轉移軌道(GTO)和地球靜止軌道 (GEO) 衛星,且運載能力不低于7噸,在未來我國高軌發射中扮演重要角色。

 

  2020年3月16日,長征七號甲運載火箭首次在文昌發射,但火箭飛行出現異常,發射任務失利。

 

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圖注:這是2020年3月16日,長征七號甲運載火箭首次在文昌發射的情形。

 

  中流砥柱:長征七號系列運載火箭

 

  開頭我們提到,長征七號甲火箭基本上是在長征七號火箭的基礎上增加了第三級而成。那么,我們再來簡單聊一聊長征七號運載火箭。

 

  長征七號運載火箭已經分別于 2016 年 6 月和 2017 年 4 月進行了兩次發射,分別成功把新一代載人飛船全尺寸模型和天舟一號貨運飛船送入預定軌道。

 

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圖注:2016年06月22日,長征七號運載火箭矗立在發射臺上。

 

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圖注:2017年3月2日,長征七號遙二火箭從天津港啟程。

 

  預計,在未來長征七號將承擔我國70%的發射任務,在空間站的建設和為空間站運輸貨物方面起關鍵作用,甚至最終取代目前發射載人飛船的長征二號F火箭。

 

  冰火兩重天,采用低溫無毒推進劑的“冰箭”

 

  大家是否有注意到,在我國用長征三號乙火箭發射嫦娥三號和嫦娥四號探測器的時候,在畫面上能夠看到棕紅色的煙霧升起來?這是因為長征三號乙運載火箭采用的是四氧化二氮和偏二甲肼作為推進劑,其中四氧化二氮為氧化劑,偏二甲肼為還原劑。棕紅色煙霧是由于四氧化二氮泄露出來后,變成二氧化氮的結果。

 

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圖注:長征三號乙發射嫦娥四號運載火箭起飛瞬間。

 

  采用四氧化二氮和偏二甲肼作為推進劑的優點是能夠在常溫儲存,對技術要求低;缺點是有一定的毒性,費用高,且火箭的“比沖”相對較低。所謂的比沖,可以定性理解為,消耗單位質量的推進劑能夠給火箭帶來多少新增動量,這其實與火箭的噴氣速度成正比。

 

  長征七號甲則采用無毒無污染的液氧、液氫和煤油作為推進劑。開頭我們也提到,火箭第一級、第二級和四枚助推器都是采用無毒污染的液氧/煤油作為推進劑,第三級則采用更加高效的液氧/液氫作為推進劑。

 

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圖注:NASA工程師在向容器中傾倒液氫。

 

  我們知道,液氧的沸點是零下183攝氏度,而液氫的沸點更是驚人的零下253攝氏度,僅高于絕對零度20度(絕對溫度為零下273攝氏度),是名副其實的“冰箭”。

 

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圖注:淡藍色的液氧。

 

  處于低溫狀態的液氫和液氧像是難以馴服的怪獸,大型低溫火箭的研發難度是非常高的。當然,氫氧火箭的優點也是非常明顯的,那就是比沖非常高,能夠用更少的火箭燃料把更多的載荷送入太空,無論燃料本身,還是燃燒生成的水蒸氣,都是完全綠色無污染的。

 

  海南文昌發射中心的地理優勢是什么?

 

  我們知道,發射嫦娥五號和天問一號的長征五號運載火箭也是在文昌發射中心發射,為什么選擇這里作為新一代火箭的發射基地呢?

 

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  海南文昌發射中心位于海南省文昌市龍樓鎮境內,是我國首個濱海發射中心,也是世界上為數不多的低緯度發射場之一。 該發射中心可以發射長征五號系列火箭和長征七號運載火箭,主要承擔地球同步軌道衛星、大質量極軌衛星、大噸位空間站和深空探測衛星等航天器的發射任務。

 

  文昌航天發射中心作為低緯度濱海發射場,能夠借助接近赤道的較大線速度,使火箭燃料消耗減少,據悉,同型號火箭運載能力可提升10%。除此之外,該發射中心還有利于通過海運解決大型火箭的運輸難題并提高殘骸墜落的安全性。

 

  騰訊科技 喬輝