【发射场|走近长征七号A运载火箭，这个帅气“高个子”不一般！】图为长征七号A运载火箭 。 郭文彬摄
2021年3月12日 ， 中国文昌航天发射场 ， 随着一道绚丽的尾焰划过天际 ， 长征七号A运载火箭点火升空 ， 将试验九号卫星成功送入预定轨道 。
长征七号A运载火箭的成功发射 ， 拉开了2021年我国新一代运载火箭发射大幕 ， 标志着我国新一代中型运载火箭家族又添新成员 。
今天 ， 让我们一起走近“长征家族”新成员——长征七号A 。
“亲兄弟”使命大不同
作为长征七号系列运载火箭的“新成员” ， 长征七号A有着鲜明的家族特征 ， 也是个帅气的“高个子” 。 但仔细对比 ， 人们会发现许多不同的地方 。
作为长征七号的“亲兄弟” ， 长征七号A全长60.1米 ， 高出长征七号7米之多 。
原来 ， 长征七号是一型“二级半”构型的火箭 ， 而长征七号A是一型“三级半”构型的火箭 ， 后者多出一个第三级 。
所谓“二级半” ， 就是指火箭的芯一级、芯二级再加上助推器这个“半级” 。 长征七号A作为“三级半” ， 自然是多出了一个“芯三级” 。 多出的“芯三级”模块 ， 主要是为长征七号A提供飞往更高轨道的动力 。
为了更好地完成未来高轨卫星发射任务 ， 长征七号A的整流罩柱段高度为5.5米 ， 比长征七号整流罩柱段高度8米矮了一点 。 这一变化 ， 是由于火箭有效载荷由货运飞船变成了卫星 。
提起这个“新成员” ， 该火箭工程总指挥孟刚相当自豪 。 2018年3月 ， 研制团队开始对火箭方案进行深化论证 。 2019年12月 ， 该型火箭就完成了出厂评审 。 可以说 ， 它是在长征七号基础上 ， 与长征三号甲系列火箭三子级组合形成的“三级半”火箭 ， 是我国新一代中型运载火箭的主力构型 。 它的成功研制 ， 填补了我国运载火箭地球同步转移轨道5.5吨至7吨运载能力的空白 。
如果说长征七号是我国新一代中型运载火箭的代表 ， 获得了载人空间站“货运专列”的称号 ， 那么长征七号A就是一名填补运载能力空白的“高轨新兵” 。
“长征七号A的成功发射 ， 进一步丰富了长征系列运载火箭的型谱 ， 不仅实现了我国中型运载火箭的更新换代 ， 还将有力带动和牵引我国未来大、中型卫星的升级换代 。 ”孟刚说 。
“三突破”成就好技艺
虽然长征七号A继承了长征七号和长三甲系列火箭的成熟模块 ， 但其研制过程绝非简单的“搭积木” 。
“研制团队在关键技术上先后实现‘三突破’ ， 为火箭成功发射奠定了基础 。 ”长征七号A总设计师范瑞祥说 。
关键技术的突破之一——大长细比火箭姿态控制技术 。
长征七号A外形修长 ， 是我国长征系列火箭中长细比最大的火箭 。 这给火箭姿态稳定控制增添了很大难度 。
长征七号A总体设计师沈丹介绍 ， 日常生活经验告诉我们 ， 又细又长的硬东西大都容易折断 ， 火箭也是如此 。 表现在长征七号A上 ， 就是其基础频率降低 。 因此 ， 火箭受到推进剂晃动等因素影响产生的耦合效果就更加明显 。
为解决这个问题 ， 研制团队采用“移花接木”的方式 ， 将长征七号合练箭和长征三号甲工艺贮箱进行旧品利用 ， 组装出一枚全箭模态用火箭 。 通过全箭模态试验 ， 掌握了火箭弹性频率 。 在此基础上 ， 研制团队开展控制系统姿态控制参数设计 ， 并通过数学仿真和半实物仿真验证 ， 确保火箭姿态稳定和控制精度达标 ， 以满足任务要求 。
关键技术的突破之二——高精度高空风场测量准实时双向风修正技术 。
细长的火箭在穿出大气层时 ， 每时每刻都会受到高空风干扰 ， 升空后有“拦腰折断”的风险 。 对此 ， 研制团队研发了高精度高空风场测量准实时双向风修正技术 。 该技术可以根据发射前数小时测量的高空风 ， 调整火箭穿出大气层的飞行姿态 ， 让其沿着最佳路径“顶风前行” ， 从而减少火箭折断的风险 。
关键技术的突破之三——适应典型故障模式的制导控制技术 。
国际航天领域的一项数据表明 ， 导致火箭飞行失利的原因中 ， 动力系统故障约占一半 。 如何在火箭发生故障条件下 ， 通过控制系统自适应来实现其“起死回生” ， 成为近年来航天界的热点话题 。
研制团队通过积极探索 ， 在长征七号A上 ， 采用一种更为智能的制导方式——适应典型故障模式的制导控制技术 。 火箭会根据位置、速度等信息 ， 自行规划出一条最优飞行路径 。 此项技术的应用 ， 使我国火箭控制技术达到了国际先进水平 。
除此之外 ， 长征七号A还采用了助推不分离和芯级不摇摆技术 。 世界上绝大多数火箭的助推器在完成使命后都会与第一级分离 ， 我国其他长征系列火箭也是如此 。 有了这项技术 ， 长征七号A可减少一套分离机构 ， 大幅降低了分离系统的复杂性 ， 提升了火箭的可靠性和经济性 。 这在国际上尚属首次 。
“新成员”将派新用场
“长征七号A发射成功 ， 是火箭研制历程中的一个重要里程碑 。 但这只是一个新起点 ， 后续工作任重道远 ， 仍然需要我们奋力拼搏 。 ”孟刚说 。
由于长征七号A能满足中、大型高轨卫星高密度发射需求 ， 所以未来在地球同步轨道上 ， 它将和具备5.5吨运载能力的长征三号甲系列火箭、具备14吨运载能力的长征五号一起 ， 形成更加优化、合理的运载能力布局 ， 大力提升中国航天进入太空空间的能力 。
按照我国运载火箭升级换代策略 ， 新一代运载火箭将在2025年前后 ， 初步实现对现役火箭的更新换代 。 根据目前任务安排 ， 2025年前 ， 长征七号A任务安排饱满 ， 每年将执行3至5次发射任务 。
后续 ， 研制团队还将根据任务需求 ， 为长征七号A研制更大直径的整流罩构型；以长征七号A为基础 ， 通过增加上面级等方案 ， 实现零度轨道倾角卫星发射 ， 执行探月、探火和小行星探测等深空探测任务 。 它将逐步成为我国中型高轨火箭的一个基本型 ， 承担多项国家重大任务 ， 为我国航天强国建设提供坚实保障 。
“实际上 ， 创新也是长征火箭大家族共同的‘家风’ 。 ”范瑞祥说 ， 早在航天事业起步阶段 ， 航天人就靠着自力更生 ， 开创了“两弹一星”历史伟业 。 同样 ， 通过几代航天人的大胆创新 ， 中国航天相继取得了载人航天、月球探测、北斗工程等多项举世瞩目的成就 。
追梦之路任重道远 ， 创新之路永无止境 。 立足新的起点 ， 新一代运载火箭的研制团队将接续奋斗 ， 向着建设航天强国的目标大步前行！ 来源：中国军网
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