一文讀懂長征七號(hào)A遙二運(yùn)載火箭背后的科學(xué)知識(shí)

騰訊太空 喬輝

據(jù)央視新聞消息，2021年3月12日1點(diǎn)51分左右，我國長征七號(hào)A遙二運(yùn)載火箭在海南文昌發(fā)射中心發(fā)射升空，并將試驗(yàn)九號(hào)衛(wèi)星成功送入預(yù)定軌道，標(biāo)志著我國新一代中型運(yùn)載火箭家族又添新成員。此次任務(wù)是長征系列運(yùn)載火箭的第362次飛行。

長征七號(hào)A發(fā)射升空瞬間，尾焰中的馬赫盤清晰可見（由攝影師張敬宜拍攝，已獲授權(quán)）。

據(jù)悉，本次發(fā)射的試驗(yàn)九號(hào)衛(wèi)星主要用于空間環(huán)境監(jiān)測等新技術(shù)在軌驗(yàn)證試驗(yàn)。

長征七號(hào)A火箭高60多米，起飛質(zhì)量達(dá)570多噸，基本上是在長征七號(hào)火箭的基礎(chǔ)上增加了第三級(jí)而成。

火箭第一級(jí)、第二級(jí)和四枚助推器都是采用無毒污染的液氧/煤油作為推進(jìn)劑，第三級(jí)則采用更加高效的液氧/液氫作為推進(jìn)劑。液氧的沸點(diǎn)是零下183攝氏度，而液氫的沸點(diǎn)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(hào)A轉(zhuǎn)運(yùn)往發(fā)射架的情景。

長征七號(hào)A火箭主要用于地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）和地球靜止軌道 (GEO) 衛(wèi)星，且運(yùn)載能力不低于7噸，同時(shí)具備零傾角軌道、奔月軌道等高軌發(fā)射能力，填補(bǔ)了我國運(yùn)載火箭地球同步轉(zhuǎn)移軌道5.5噸至7噸運(yùn)載能力的空白，在未來我國高軌發(fā)射中扮演重要角色。

2020年3月16日，長征七號(hào)A遙一運(yùn)載火箭首次在文昌發(fā)射，火箭后續(xù)飛行出現(xiàn)異常，發(fā)射任務(wù)失利。

開頭我們提到，長征七號(hào)A火箭基本上是在長征七號(hào)火箭的基礎(chǔ)上增加了第三級(jí)而成。那么，我們再來簡單聊一聊長征七號(hào)運(yùn)載火箭。

長征七號(hào)運(yùn)載火箭已經(jīng)分別于 2016 年 6 月和 2017 年 4 月進(jìn)行了兩次發(fā)射，分別成功把新一代載人飛船全尺寸模型和天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船送入預(yù)定軌道。

2016年06月22日，長征七號(hào)運(yùn)載火箭矗立在發(fā)射臺(tái)上。

2017年3月2日，長征七號(hào)遙二火箭從天津港啟程。

預(yù)計(jì)，在未來長征七號(hào)將承擔(dān)我國70%的發(fā)射任務(wù)，在空間站的建設(shè)和為空間站運(yùn)輸貨物方面起關(guān)鍵作用，甚至最終取代目前發(fā)射載人飛船的長征二號(hào)F火箭。

大家是否有注意到，在我國用長征三號(hào)乙火箭發(fā)射嫦娥三號(hào)和嫦娥四號(hào)探測器的時(shí)候，在畫面上能夠看到棕紅色的煙霧升起來？這是因?yàn)殚L征三號(hào)乙運(yùn)載火箭采用的是四氧化二氮和偏二甲肼作為推進(jìn)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(jié)果。

長征三號(hào)乙發(fā)射嫦娥四號(hào)運(yùn)載火箭起飛瞬間。

采用四氧化二氮和偏二甲肼作為推進(jìn)劑的優(yōu)點(diǎn)是能夠在常溫儲(chǔ)存，對(duì)技術(shù)要求低；缺點(diǎn)是有一定的毒性，費(fèi)用高，且火箭的“比沖”相對(duì)較低。所謂的比沖，可以定性理解為，消耗單位質(zhì)量的推進(jìn)劑能夠給火箭帶來多少新增動(dòng)量，這其實(shí)與火箭的噴氣速度成正比。

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

NASA工程師在向容器中傾倒液氫。

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

淡藍(lán)色的液氧。

處于低溫狀態(tài)的液氫和液氧像是難以馴服的怪獸，大型低溫火箭的研發(fā)難度是非常高的。當(dāng)然，氫氧火箭的優(yōu)點(diǎn)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。

我們知道，發(fā)射嫦娥五號(hào)和天問一號(hào)的長征五號(hào)運(yùn)載火箭也是在文昌發(fā)射中心發(fā)射，為什么選擇這里作為新一代火箭的發(fā)射基地呢？

海南文昌發(fā)射中心位于海南省文昌市龍樓鎮(zhèn)境內(nèi)，是我國首個(gè)濱海發(fā)射中心，也是世界上為數(shù)不多的低緯度發(fā)射場之一。該發(fā)射中心可以發(fā)射長征五號(hào)系列火箭和長征七號(hào)運(yùn)載火箭，主要承擔(dān)地球同步軌道衛(wèi)星、大質(zhì)量極軌衛(wèi)星、大噸位空間站和深空探測衛(wèi)星等航天器的發(fā)射任務(wù)。

文昌航天發(fā)射中心作為低緯度濱海發(fā)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(jù)悉，同型號(hào)火箭運(yùn)載能力可提升10%。除此之外，該發(fā)射中心還有利于通過海運(yùn)解決大型火箭的運(yùn)輸難題并提高殘骸墜落的安全性。