长征火箭实现“500发”，将开启怎样的“加速度”？
北京日报客户端 | 记者 汪丹
12月10日9时58分，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将遥感三十九号卫星发射升空。至此，中国长征系列运载火箭的发射次数正式刷新为“500”，而这距离第400次发射，才大约两年时间。
长征火箭发射“加速度”见证了中国航天取得的傲人成就，北斗导航卫星、中国空间站三个舱、嫦娥系列月球探测器、天问一号火星探测器等“国之重器”均由长征火箭送入太空。今天我们请全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩来回顾一下，这些年来长征系列运载火箭创造了哪些辉煌，未来，为助力打造航天强国，它还有哪些新目标。
（1）铸就世界一流的运载火箭“国家队”
一个国家航天事业的发展离不开火箭，因为火箭是目前唯一能使物体达到宇宙速度，克服或摆脱地球引力，进入宇宙空间的运载工具。运载火箭的能力，决定了国家航天活动的规模。因此，世界上的航天大国均把发展先进的运载技术作为保持其领先地位的战略部署之一。我国也不例外，重点发展了长征系列运载火箭，它们为中国航天的飞速发展立下了汗马功劳。
去年，中国航天发射次数达到64次，超越2021年的55次，再创历史新高。其中，作为运载火箭“国家队”的长征系列火箭年发射53次，发射成功率百分之百。今年，长征系列运载火箭又捷报频传，例如，仅长征二号D火箭就成功将41颗卫星发射升空，刷新了中国“一箭多星”的最高纪录。
今年10月19日，神舟十七号载人飞船与长征二号F遥十七运载火箭组合体被转运至发射区。新华社
几十年来，通过几代中国火箭人的不懈努力，长征系列运载火箭走过了从常温推进到低温推进、从串联到串并联、从低轨到极轨和高轨、从“一箭一星”到“一箭多星”、从发射人造地球卫星到发射载人航天器和空间探测器、从陆射到海射等非凡的技术历程。目前，长征系列运载火箭已具备发射低、中、高不同轨道和不同类型载荷的运载能力，在火箭推力、发射频度、入轨精度、适应能力和发射成功率等方面均已达到了世界一流火箭的水平。
从1970年首飞至今年年底，长征系列运载火箭先后有22型基础级火箭和5型上面级火箭投入使用。早期的长征系列火箭是从弹道导弹改进而来的，我国大约研制和发射了14种型号。后来，面对不断增长的空间资源开发需求以及日益激烈的商业发射市场，我国在不断改进原有火箭并提高推力和可靠性的同时，又开发出8种型号的新一代小型、中型和大型长征系列火箭。
总的来看，新一代长征系列运载火箭是以可靠性、安全性和经济性等为主要设计原则，采用无毒环保、价格便宜、比冲较高的液氢/液氧或液氧/煤油发动机以及大直径、少级数等方案，成倍地提高了火箭运载能力，降低了成本，提高了发射成功率。
至今，我国长征系列运载火箭已发射几百颗各类人造地球卫星，以及鼎鼎大名的17艘“神舟”系列飞船、6艘“天舟”系列货运飞船、2座空间实验室、3个空间站舱段、6个“嫦娥”月球探测器、1个“天问”火星探测器。
（2）“元老”火箭助力低高极轨道航天器
长征一号、二号子系列、三号子系列、四号子系列火箭是较早从弹道导弹改进而来的运载火箭，现在这些“元老”仍是用于发射低轨道、高轨道和极轨道航天器的主力。
在发射低轨道航天器方面，我国主要使用长征二号子系列在酒泉卫星发射中心发射。该系列采用两级或两级半（并联在第一级的助推器算半级）构型，推进剂采用常温的偏二甲肼/四氧化二氮。长征二号C、二号D、二号F运载火箭目前仍在使用。其中，长征二号F是我国第一种，也是目前唯一一种载人运载火箭，其发射载人飞船时的低轨道运载能力为8.1吨，我国现已靠它发射了17艘“神舟”系列飞船，成功率100%。
在发射高轨道航天器方面，我国主要使用长征三号子系列在西昌卫星发射中心发射。该系列采用三级或三级半构型，其第一二级助推器都采用的是常温推进剂，第三级采用了液氧/液氢低温推进剂。目前，长征三号A、三号B、三号C运载火箭仍在使用。其中，长征三号B在长征三号A的第一级并联了4个助推器，其地球同步转移轨道运载能力为5.55吨，是目前我国发射高轨道航天器的主力火箭。
在发射极轨道航天器方面，我国主要使用长征四号子系列在太原卫星发射中心发射。该系列全部采用三级构型，推进剂均为常温的偏二甲肼/四氧化二氮。其中，长征四号A、四号B、四号C运载火箭目前仍在使用。
通常，运行在距地面200-2000千米高的航天器叫低轨道航天器，运行在距地面20000千米高以上的航天器叫高轨道航天器。而极轨道是指倾角大约为90°的人造地球卫星轨道。目前，我国大多数通信卫星、部分气象卫星、导航卫星运行在距离地球赤道上空大约36000千米的地球同步轨道，所以需要先用长征三号A系列火箭把它们发射到地球同步转移轨道，然后通过卫星自身动力变轨，最后定点在预定的地球同步轨道或地球静止轨道上。
（3）小型火箭适应新发展成发射“快手”
为了适应当今世界运载火箭“无毒、无污染、低成本、高可靠、大推力、适应性强、安全性好、可重复使用”的发展趋势，我国从2015年起开始陆续研制、发射长征五号、五号B、六号、六号A、七号、七号A、八号、十一号等新一代大型、中型和小型运载火箭。其中，长征六号、六号A、十一号是新一代小型火箭。
我国新一代长征小型液体运载火箭的“优等生”是2015年9月20日首次成功发射的长征六号，它采用三级构型，可将1吨的有效载荷发射到700千米高度太阳同步轨道。其第一级直径3.35米，首发时采用了1台首次使用的、最大推力为120吨的液氧/煤油发动机，这也为此后发射的长征五号、七号等新型火箭使用120吨液氧/煤油发动机奠定了基础；其第二三级直径均为2.25米, 分别装有1台液氧/煤油发动机和1台常温推进剂发动机。长征六号的优点之一就是高效，发射准备周期仅需7天，能很好地适应卫星发射低成本、短周期的需求。在此基础上，我国又发展了推力更大的长征六号A。
另外，紧随长征六号之后首次成功发射的长征十一号火箭，是全新的四级小型固体运载火箭，可把500千克的有效载荷发射到500千米高度太阳同步轨道，200千米低轨道运载能力可达700千克。
作为“长征”家族中第一型和唯一型固体火箭，长征十一号具有“快速、可靠、便捷、低廉”的优势，实现了我国运载火箭24小时快速发射的跨越。另外，它也经常在海上发射，有效地解决了火箭航区和残骸落区安全性等问题，为中国航天发射提供了新的发射模式。
（4）中型火箭创新填补轨道运载能力空白
我国中型火箭屡次创新，填补了高、极轨道运载能力的空白，助推器相关技术水平更是国际领先。
2016年6月25日，长征七号新一代中型运载火箭首次发射成功。它采用两级半构型，目前主要用于在文昌发射场发射13.5吨的“天舟”系列货运飞船。长征七号把常温发动机换成了新研制的液氧/煤油发动机，从而把低轨道运载能力迅速提高到约14吨，且所用推进剂绿色环保，平均成本不到常温推进剂的1/10。
同时，它还是我国首枚采用全数字化手段研制的火箭，在全研制流程没有一张纸质图纸，大大降低了成本，减小了产品报废率，缩短了研制流程。在试验、装配阶段，科研人员应用了“虚拟现实技术”，对火箭进行虚拟装配、虚拟试验，提前预见可能发生的问题，确保了火箭试验、装配“一次成”。它还有防水、防风、防盐雾等功能，可以在8级大风的情况下进行垂直转运，哪怕遭遇中雨也能发射。
在此基础上，长征七号A火箭加装了长征三号A火箭的第三级，主要用于地球同步轨道卫星发射任务。其地球同步转移轨道运载能力为7吨，填补了我国高轨道5.5-7吨运载能力的空白。它还有一项重要的技术创新，就是其助推器不用单独分离，而是和芯一级作为一个整体与芯二级分离，这样便可以减少一套分离机构，从而大幅降低分离系统的复杂性，提升火箭的可靠性和经济性，这在国际上尚属首次。
2020年12月22日首次发射成功的长征八号，则是我国两级半新一代中型商业极轨道运载火箭。它由长征七号的第一级加上长征三号A的第三级组成，能将5吨的有效载荷送入700千米太阳同步轨道，填补了我国极轨道3-4.5吨运载能力的空白。
（5）明星“胖五”致力于发射大型航天器
在长征系列运载火箭中，知名度最高的要属有“胖五”之称的长征五号。
2016年11月3日，长征五号新一代大型运载火箭首次发射成功。它采用二级半构型，最大特点是芯级直径为5米，而其他长征火箭的最大直径仅为3.35米。长征五号的芯一级装有2台可双向摇摆、推力均为50吨的液氢/液氧发动机，还并联了4个各装有2台推力均为120吨的液氧/煤油发动机的助推器；其芯二级直径为5米，装有2台推力均为9吨的液氢/液氧发动机。
有这样魁梧的“身躯”，个大力不亏，长征五号火箭的运载能力自然超群，它的地球同步转移轨道运载能力为14吨，地月转移轨道运载能力为8吨，地火转移轨道运载能力为5吨，综合性能指标达到国际上主流运载火箭水平，截至目前已成功发射了嫦娥五号月球采样返回探测器、天问一号火星探测器等大型航天器。
总结长征五号的亮点主要有两个：一是其芯一级用的50吨液氢/液氧发动机处于国际先进水平；二是首次采用了5米直径大型箭体结构，可以多装推进剂，增加推力。
在长征五号基础上发展而来的长征五号B火箭于2020年5月5日首发成功，它用于发射低轨道大型航天器。其低轨道运载能力为25吨，现已把我国空间站的三个舱段送上了太空。长征五号B火箭的整流罩是目前我国最大的，专为装载空间站舱段量身打造，其长度为20.5米，比长征五号的整流罩还长8米。另外，它可以大推力直接入轨，是目前世界现役火箭中唯一采用一级半构型的火箭。
（6）提高的不仅是频率还有整体发射能力
从1970年4月24日长征一号运载火箭成功首飞开始，长征系列运载火箭实现第一个100次发射用了37年；第二个100次发射用时7年多；第三个100次发射用时4年多；第四个100次发射用时2年零9个月；而如今实现第5个100次发射仅用约两年时间。
在长征火箭高密度发射的背后，提高的不仅是发射频率，还有整体发射能力，更是航天科技勇攀高峰、自立自强的体现。今后，我国还将研制、发射智慧运载火箭、可重复使用运载火箭、长征十号新一代载人运载火箭和长征九号重型运载火箭等更先进的新型运载火箭。
例如，正在研制的长征十号是为发射我国新一代载人飞船而全新研制的新一代载人火箭。它全长约90米，起飞重量约2000吨，可以将25吨有效载荷直接送入地月转移轨道，或者将70吨有效载荷送入近地轨道。长征十号是按照载人飞行的最高安全标准设计的，可用于载人月球探测，有望快速推动我国运载火箭技术的提升和跨越。
正在研制的长征九号重型运载火箭是我国目前运载能力最大的一型火箭，综合性能指标达到国际运载火箭的先进水平，任务规划将于2030年前后实现首飞。它可以满足未来较长时期国内深空探测、月球基地和太空电站等国家重大科技活动的任务需求。该火箭采用三级串联构型，箭体直径10米级，具备第一级可重复使用能力，低轨道运载能力为150吨、地月转移轨道运载能力为50吨、地火转移轨道运载能力为35吨，预计能大幅提升我国进入空间和开发利用空间资源的规模和能力。
中国运载火箭技术研究院高级顾问龙乐豪院士表示，长征系列运载火箭实现500次发射可用5句话来概括：“从无到有，更高更远，脱胎换骨，大国重器，更快更好。”站在500次发射的新起点上，今后我国火箭将向更大运载能力、可重复使用、智慧火箭、航班化运输方向发展，为建设航天强国继续贡献力量。
（新华社供图）