浅谈长征七号让长征火箭实现脱胎换骨论文
“点火!起飞!”伴随着振聋发聩的轰鸣声，2016年6月25日晚上8时，海南文昌航天发射场，我国全新研制的长征七号运载火箭划破天际，冲向云霄。约603秒后，载荷组合体与火箭成功分离，进入近地点200千米、远地点394千米的椭圆轨道，长征七号运载火箭首次发射圆满成功。
长征七号运载火箭首飞，是载人航天工程空间实验室飞行任务的开局之战，实现了“成功首飞”的预定目标，为后续任务打下了坚实基础。此次发射，旨在验证长征七号运载火箭设计正确性和各项性能指标，考核海南文昌航天发射场系统执行任务能力，检验工程相关系统间的协调性和匹配性。同时，长征七号火箭搭载多用途飞船缩比返回舱等载荷，将开展相关技术试验。这是长征系列运载火箭的第230次飞行。
新动力让火箭更“环保”
长征七号运载火箭为两级结构，捆绑四枚助推器，全长53.1米，起飞质量597吨，近地轨道运载能力13.5吨，采用了液氧煤油发动机等新技术，是绿色、无毒、无污染的新一代中型运载火箭，将有效提升我国进出空间的能力。
长征七号沿用了过去长征火箭家族3.35米直径的设计，既可以满足海南发射场发射要求，同时也可以通过陆路运输运往内陆发射场进行发射，发射适应性更强。
长征七号火箭的外形和我国现有的火箭体型差别不大，但为了储存更多的燃料，提供更强的动力，它的助推器长约27米，接近现役火箭助推器长度的2倍，而这种改变也需要对火箭的设计进行全面的更新。而“长七”火箭又增加了一个捆绑点，相对现役火箭静定的捆绑方案，载荷、捆绑装置等设计难度大大增加、可靠性大幅提升。
不同于现役火箭多采用有剧毒的推进剂，长征七号火箭采用我国具有自主知识产权的两种新型液氧煤油发动机，较常规推进剂比冲提高20%，推力提高了60%，平均成本仅为常规推进剂的十分之一强，不仅秉承了中国航天绿色环保的发展理念，顺应国际潮流，还降低了成本，提高了火箭性能。
由于液氧的温度达零下183℃，在研制火箭的试验中，每次低温燃料加注后，试验现场的发射塔就像是个“大冷库”。虽然看起来是“钢筋铁骨”的大个子，体重几百吨，但火箭体重的90%甚至更多都是燃料。由于燃料质量不能随意增减，为了带更多的“乘客”去太空，减轻火箭自重就成了关键。因此，火箭外壳很薄，最薄处仅有0.8毫米，和鸡蛋壳差不多，可以说是薄如蝉翼却力量惊人。
第一枚全数字火箭
长征七号是首个揭开神秘面纱的“数字火箭”，它采用全数字化手段完成研制，突破了三维协同设计、三维设计数据管理及基于三维的流程仿真、飞行综合性能仿真等多项关键技术，打通了从设计到制造的全三维流程。火箭在全研制流程没有一张纸质图纸，航天科技工作者称火箭设计从纸质“连环画”变成了“3D电影”。
在生产加工阶段，火箭实现了“一键式”加工。原来工艺员加工某金属零部件，首先要根据二维图纸画出工序草图、手工编制工艺规程，然后进行车、铣、镗等系列工序。现在，从原材料变为成品，只需按动数控机床按钮即可完成，且合格率达100%，可谓是一键定“乾坤”，极大地提升了生产质量和效率。在试验、装配阶段，“数字火箭”应用了“虚拟现实技术”，对火箭进行虚拟装配、虚拟试验，真实模拟火箭实际装配和试验环境，提前预见可能发生的问题，确保了火箭试验、装配“一次成”。
长征七号火箭的首飞成功，代表了我国近60年运载火箭研制领域的最高水平，研制能力接近波音、空客和NASA，标志着中国新一代运载火箭在数字化设计能力上已跻身国际先进行列。
新结构给“大脑”带来全新挑战
火箭复杂的结构，给火箭的“大脑”控制系统也带来了全新的挑战。为了更好地控制火箭的飞行过程，将航天器精确送入轨道，长征七号使用新型总线控制，实现遥、外测一体化设计，采用天基测控实现数据中继传输，并且按照载人航天标准设计，控制系统和增压系统实现了冗余，设计可靠性得到大幅提高。
控制系统创新采用了143项智能控制软件，这是现役火箭软件使用量的30倍以上，大大提高了控制精确度，在每个舱段中安装控制系统，改变了以往集中处理的方式，减轻了控制系统压力，也标志着我国火箭控制系统已向全面数字化控制模式发展。长征七号未来成熟后将成为新一代载人火箭，用于发射新一代载人飞船。
“新三垂模式”让火箭发射更简便
火箭在发射场进行的垂直总装、垂直测试、垂直转场，被称为“三垂模式”。
现役火箭中采用的“三垂模式”，其箭地连接工作在技术区和发射区要进行两次，而长征七号火箭采用的'“新三垂模式”，仅一次对接就可以完成工作，状态的一致性更好，且前端地面测发控设备在技术区进行了充分测试，转场中保持箭地之间气、液、电连接状态不变，转至发射区以后出现故障的概率更低，有效提高了发射的可靠性，同时，发射区准备时间缩短至2天～3天，降低了火箭转场后遇到恶劣天气再返回技术区的情况发生。
风雨“难阻”发射
海南发射场气候潮湿，降水量大，全年12小时内降水5至15毫米的长征七号部件测试长征七号壳体中雨较多。为此，在火箭研制之初，设计团队就将“防水”工作列为重中之重。例如在部段对接处、细小的孔径和缝隙处都要做防水处理;在排气孔处，实现排气防水双功能并举;针对低温液体贮箱加注后无法避免的冷凝水聚集问题，开设排水孔等。
现役火箭发射时都会避开雷雨天，但海南文昌发射场气候潮湿，降水量大，因此长征七号采用防水设计，就像给火箭穿上了金钟罩铁布衫，即使中雨也能发射。此外，海南文昌发射场有“浅层风”，给长征七号运载火箭垂直转场带来挑战。设计部门给长征七号装上了“防风减载装置”，即使遇到8级大风也不怕。
火箭发射平台还要涂覆大面积“防晒霜”——一种特种防护涂层。这是因为火箭发射点火的刹那，温度高达2800℃，足以熔化绝大多数金属和非金属材料。表面有了防热涂层，发射平台的使用寿命就可以延长，更好地承受强热流的“冲刷”。
新一代运载火箭发射还有针对强高温的“双保险”。在火箭点火起飞时，发射平台旁的“大流量喷水降温降噪系统”会给发射平台喷水降温，在20秒内喷出400吨水。在喷射的400吨水中，有30%的水会汽化到大气中，60%的水则通过导流槽流走，水份蒸发带走大量的热，使得发射平台核心区降温幅度在1000℃左右，有效地保护了火箭发射台内部的仪器设备。此外，该系统还有良好的降低噪音效果。
开启我国航天任务的全新阶段
新的结构、新的环境、新的体制、新的测发、新的动力，代表了先进火箭的发展方向。“长七”火箭作为新一代运载火箭中的中型火箭，也将开启我国航天任务的全新阶段。
长征七号不仅可以满足我国载人空间站工程发射货运飞船的需求，而且未来它还将承担中国航天多种类型的发射任务。长征七号火箭在完成此次首飞任务之后，未来将承担我国首个空间货运飞船——天舟一号的发射，为我国长期有人照料的空间站搭建起“天地运输走廊”。
同时作为我国新一代中型运载火箭的基本构型，通过改型或与上面级组合，长征七号运载能力覆盖大多数主流卫星所需的运载能力，面向主流卫星市场，适应面更宽，是我国未来航天发射任务的“主力军”，未来将成为在役主力火箭的“接班人”，肩负着长征火箭技术进步和更新换代的历史重任。
未来：会有更大直径火箭诞生
中国现役运载火箭的直径，受限于马屁股的宽度?没错，这个有趣的观点可以追溯到火车和铁轨的发明。由于中国的火箭研制地与发射地有一定距离，大多用火车或者汽车运输，路上难免会通过一些隧道，而隧道的宽度又是由铁轨间的距离决定的。考虑到火车晃动、会车等因素，火箭的直径就更受限制了。
火车轨道的宽度沿用了马车的轮宽标准，而马车的轮宽可以一直追溯到罗马战车，古罗马人是按照拉战车的两匹马的屁股宽度设定的。因此，中国的现役运载火箭的最大直径就“止步”在3.35米。
而海南文昌发射场启用后，这个限制就可以突破了，因为火箭可以通过海运，不再受限于隧道的宽度。今年下半年将发射的中国最大的火箭长征五号的直径就达到了5米，未来，中国还会有更大直径的火箭诞生。
火箭的运载能力有多大，中国航天的舞台就有多大。据运载火箭技术研究院介绍，中国目前研制规模和技术跨度最大的火箭——长征五号将于今年下半年首飞，具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力，与国际上主流运载火箭的运载能力相当，将承担发射嫦娥五号、空间站核心舱以及火星探测器等具有里程碑意义的重大任务，将大幅提高中国进入太空的能力。
此外，中国15年内有望发射重型运载火箭。在目前的设计蓝图中，重型运载火箭箭体直径近10米，全箭总长近百米，运载能力是现有火箭运载能力的5倍多，超过正在研制的美国下一代运载火箭的运载能力，可满足未来载人月球探测、火星取样返回，太阳系行星探测等多种深空探测任务需求，保障中国在未来宇宙探索和更大更远空间的话语权。
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