長七A：我國新一代中型高軌運載火箭

文/ 鄭恩紅 攝/ 吳桐小雨

3 月12 日，由中國航天科技集團有限公司研制的長征七號A 運載火箭在中國文昌航天發射場成功發射。長七A 是我國新一代中型高軌三級液體捆綁式運載火箭，由長征七號運載火箭與長三甲系列火箭三子級組合而成。這也是繼長征七號運載火箭之后，長征七號系列火箭的一個新成員。

長七A 火箭與長七火箭有哪些不同？

同為長征七號系列火箭大家庭中的一員，長七A 火箭與長七火箭有著相似的基因和血液，也有著自己鮮明的個性和脾氣。

都是高個子 構型不同

長七A 火箭全長60.1 米，長七火箭全長53.1 米，都是典型的高個子。高出來的7 米，主要源于兩者不同的構型。

長七火箭是一型“兩級半”構型的火箭，即火箭的芯一級、芯二級再加上助推器這個“半級”；長七A 火箭是一型“三級半”構型的火箭，多出了一個“芯三級”，外形更顯修長。

之所以有這樣的不同，是因為長七火箭專門負責發射貨運飛船，長七A火箭主要針對高軌道發射任務，為提高運力，就需要增加一級。

此外，長七A 火箭和長七火箭整流罩柱段的高度也不同。長七A 火箭的整流罩柱段高度為5.5 米，長七火箭的整流罩柱段高度為8 米。

個頭高的反而頭部短了一點，主要是因為，火箭的有效載荷由貨運飛船變為了衛星，為更好地適應未來高軌衛星的發射任務，整流罩也相應做出調整。

軌道不同 載荷不同

長七火箭按照載人航天標準設計，是目前國內設計可靠性最高的運載火箭，主要發射的軌道是200～400 公里的近地軌道。神舟飛船、“天宮”實驗室和我國未來的空間站都在這個軌道上工作。

長七A 火箭主要是為了滿足高軌道發射能力而研制的一型火箭。所謂“高軌道”就是近地點200 公里、遠地點36000 公里的地球同步轉移軌道。北斗導航衛星、通信衛星等都是這個軌道上的“常客”。

目前，我國除了長七A 火箭外，長三乙火箭和長五火箭都具備高軌發射能力。它們屬于不同力量級別，各自在能力范圍內執行高軌道發射任務，實現優勢互補。

分離方式不同

一般在火箭點火后幾十秒，推進劑燃燒完，火箭的助推器就會與芯一級分離，長七火箭就是采用的這種分離方式，這也是世界上絕大多數火箭都采用的分離方式。

長七A 火箭的助推與芯一級形成的組合體，在推進劑用完后會一起與二級分離，這也是國內第一個助推器與芯一級集束式分離的捆綁火箭。這種分離方式，不僅縮小了助推器落區范圍，提升了航區安全性，也減少了一次分離，提升了火箭在飛行中的固有可靠性。

使命不同 并非取代關系

長七A 火箭與長七火箭的關系可以用長三乙火箭和長二F 火箭的關系做個類比。

眾所周知，長征二號F 運載火箭是我國唯一一型載人運載火箭，它的主要使命是把我國的載人飛船送上200～400 公里的近地軌道。它有個兄弟叫“長三乙”，這款火箭是個三級火箭，能夠把衛星送到36000 公里的遠地點軌道。

從這個數據上就可以看到，軌道高度相差還是很大的。所以這就需要火箭具備更大的推力，才能達到更高的速度，因而有了長三乙火箭。

其實長七火箭與長七A 火箭的關系，就像長二F 火箭和長三乙火箭的關系，他們的目標原本就不同。前面提到，長七火箭主要負責把天舟貨運飛船送入近地軌道，而長七A 火箭在長七火箭的基礎上加了一級，主要針對高軌道發射任務。

所以，長七A 火箭和長七火箭在長征家族里有著各自肩負的使命，兩者并不存在誰取代誰的關系。

長七A 火箭有哪些關鍵技術？

雖然長七A 火箭繼承了長征七號和長三甲系列火箭的成熟模塊，但其研制過程絕不是簡單的“搭積木”。研制團隊先后突破了幾大關鍵技術，為火箭成功發射奠定基礎。

沿最佳路徑“頂風前行”

與長棍子一彎就容易折斷一樣，身材修長的長七A 火箭在穿出大氣層時，每時每刻都會受到天上的高空風干擾，如果處理不好，將面臨“攔腰折斷”的巨大風險。

設計師們絞盡腦汁，提出了用準實時高空風進行彈道修正的技術，即提前根據發射場預估的發射時刻高空風來調整火箭穿出大氣層的飛行姿態，以便于其沿著最佳的路徑“頂風前行”，減小了被折斷的風險。

這項技術的應用使長七A 火箭在飛行中的風載荷降低了24%，達到了國際先進水平。

正因為有此項技術，長七火箭和長三甲系列火箭的成熟結構不需加強就能直接應用到長七A 火箭上，大大節省了該火箭的研制經費，提升了運載能力。

雖又細又長 卻又穩又準

長七A 火箭身材修長，長細比在國內數第一。按照日常生活經驗，又細又長的東西一般會比較軟，對于火箭來說也是如此。

這個問題表現在長七A 火箭上，就是火箭的基礎頻率降低，火箭受到推進劑晃動等產生的耦合效果就更加明顯，晃動頻率提高，姿態穩定性設計難度較大，處理不好可能導致它的飛行姿態發散。

因此，研制隊伍采用“移花接木”的方式，將長征七號合練箭和長征三號甲火箭工藝貯箱進行舊品利用，組裝出一發全箭模態用火箭，通過全箭模態試驗掌握了火箭彈性頻率，在此基礎上開展控制系統姿態控制參數設計，并通過數學仿真和半實物仿真驗證，確保火箭姿態穩定和控制精度滿足任務要求。

智能導航讓飛行不再“迷路”

長七A 采用的適應典型故障模式的制導控制技術相當于給火箭裝上了智能導航，而且從二級飛行段開始應用，讓其在飛行中不再“迷路”。

據研制人員介紹，世界上導致火箭飛行失利的原因中，動力系統故障就占了50%左右。傳統火箭控制系統按照小偏差模式進行設計，無法適應動力故障等大偏差工況，火箭一遇到諸如“感冒發燒”等小病，后果往往是不堪設想。

如何在火箭發生故障條件下通過控制系統自適應來實現火箭的“起死回生”，成為了近些年的熱點話題。

研制團隊在傳統控制方面的基礎上，從長七A 火箭的二級飛行段便開始應用更加智能的迭代制導方法來適應大偏差干擾的影響，并針對大量的動力系統故障進行適應性設計，有效提高了火箭適應故障的能力。

拿汽車駕駛來比喻，相當于以往火箭沒有導航且只能沿一條路徑前行，一旦出現異常就很危險。

正因為長七A 火箭有了智能導航能力，偏離路線后可重新尋找最優路徑，只要推進劑足夠就可以抵達目的地。此項技術的應用具有重要意義，使我國火箭控制技術達到國際先進水平。

助推不分離 芯級不搖擺

傳統設計理念中，火箭的助推器主要實現助推的功能，工作時間較短，推進劑用完后便與芯一級分離。

在研制長七A 火箭的過程中，設計師大膽設想、小心求證，提出并應用了助推不分離的方案。通過采取優化芯級和助推的加注量、調整發動機工作時序、芯一級發動機固定、調整一二級反推火箭位置等措施，大幅降低了長七A 火箭分離系統的復雜度，減少了分離火工品數量和伺服機構數量，提升了火箭的可靠性和經濟性。

該項技術在國際上是首次應用，同時也為火箭未來的集束式回收奠定了基礎，意義非凡。

長七A 火箭采用了哪些先進理念、方法？

長七A 火箭作為長七火箭的一個改進型，絕非僅僅在長七火箭上面加個三級那么簡單。

通用化 系列化 組合化

長七A 火箭的成功研制是新一代運載火箭“通用化、系列化、組合化”設計理念的具體實踐。

因為長七火箭主要執行太陽同步軌道發射任務，要想執行地球同步轉移軌道任務，需要增加一個末級。長三甲系列火箭的末級更適合中型火箭，而且長三甲系列火箭的三子級已經經受了100 多次飛行考核。

如果長征七號運載火箭是基本型，那么長七A 火箭就是它最大最全的一個構型。長七A 火箭包含了4 個2.25米直徑的助推模塊，以及3.35 米直徑的芯一級、3.35 米直徑的芯二級和3米直徑的芯三級。這意味著，長征七號A 火箭的發射成功，可以逐步通過做減法，進一步衍生出其它構型。

由于基礎模塊相同，很多火箭的零件從組件到艙段再到貯箱等，都實現了產品化，在后續進行模塊生產和組裝過程中，生產的速度能夠大幅提升，生產的成本能夠大幅降低，生產的效率也能夠大幅提高。

雖然長七火箭與長三甲系列火箭為長七A 火箭的研制打下了堅實的基礎，但是火箭的研制就像人的身體一樣，需要各種血管、神經、肌肉等緊密連在一起，才能實現有機運轉。

長征七號A 火箭研制過程中，設計師隊伍進行了詳細、全面的再分析、再策劃。長七A 在充分繼承長七火箭、長三甲系列火箭成熟模塊的基礎上，突破了多項關鍵技術、開展了幾十項驗證試驗。

規范化 科學化 精細化

除了試驗以外，長七A 火箭研制隊伍按照航天領域管理的最新質量標準進行了全面周密的策劃。研制隊伍將長征七號A 運載火箭當做一個全新的火箭來看待，進行了詳細的可靠性設計分析。對照各類專項，進行全面的設計和檢查。

據了解，長七A 火箭以發射場流程精細化為抓手，在借鑒已有經驗的基礎上，做了更進一步的探索，把底層的崗位作業指導書與頂層的質量確認制工作結合在一起，不斷推進工作規范化、科學化、精細化開展。

火箭進入了發射場后，研制隊伍針對保留工序和測試覆蓋性等各類工序也相繼開展了工作，確保火箭在最后一個階段的研制流程能夠把工作做細、做實，確保用具體的數據來證明火箭的健康情況，確保火箭點火以后能夠順利起飛、圓滿成功。★