【航天】長征七A再上征程 新世代運載火箭系列成形

2021-03-10 14:18:52 最後更新日期:2021-03-13 00:59:18
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

 

 1127201030 16154911685771n本火箭基本性能為:一子級以液氧/煤油作為推進劑,採用兩台1,200 千牛級推力的YF-100發動機;二子級採用180千牛推力的YF-115發動機四台;三子級以液氫/液氧為推進劑,採用兩台78.45千牛級推力的YF-75發動機,具備二次啟動能力,而且空間比衝性能更佳,此作為舉升至同步軌道的芯級火箭;捆綁4個2.25米直徑液體助推器,以液氧/煤油作為推進劑,各採用一台YF-100煤油 / 液氧火箭發動機。(圖片來源:新華網)

 

自去年3月試射失敗,作為中國航太未來最重要的中型運載火箭長征7號系列已有一年未試射,直至今日凌晨(2021年3月12日)1時51分,長征七A再次由海南島文昌發射中心發射,並帶著新技術驗證衛星六號02星(01號星隨去年試射失敗而炸成粉末)進入地球同步軌道,進行新一輪衛星技術測試。

本火箭正式名號為長征七A遙2型(遙2即遙測2號,可理解為試驗2號),嚴格來說是長征七號系列的地球同步軌道(GTO)發射型,由於安裝了飛上更高軌道的第三級,發射載荷重量減少至6.6-8.1噸。特別的是,基於第三級使用氫氧機,雖然低軌道運力不及獵鷹9,但在高軌道上氫氧機比煤油火箭更有效率及有更好比衝,至地球同步軌道時兩者運力已相差無幾。

QQ1己拖出裝配場外的長征7A型遙2火箭(彩色者)。與去年4月發射失敗的遙1相比,遠看似乎沒有甚大差別。(照片來源:Twitter 賬戶 cosmic penguin))

 

事實上,該級火箭去年雖然試射失敗,但去年11月時試驗的長征8號,正正是長征7A的主芯級並削去兩枚助推火箭的構型,連同2016及17年頭兩枚長征7號基本型發射成功,可見本火箭已有相當的成熟度,而且亦經適度改良,故事前預計今次應有高得多的成功率。

今次載荷亦相當特殊。新技術驗證衛星六號02星據所知是和薄膜衍射光學系統成像(MOIRE)有關,即是在不需增加透鏡 / 反射擊口徑,也不需單片大口徑鏡頭的情況下,以特殊處理且可摺疊的薄膜衍射光線聚焦,以達到光學成像。這種「鏡頭」可用多塊成像,減少製造難度,而且在更輕的情況下口徑可以造得很大,達20甚至40米,在極遠距離仍可有相當高清晰度的成像。根據2017年發表一則可能關於01號星的論文顯示,今次所試驗的衛星,可能帶有一個測試用的、大約1.5至2米直徑的MOIRE簿膜。

QQ32017年成都光電所的論文《微结构薄膜望远镜研究进展分析》所展示的MOIRE衍射薄膜望遠鏡概念。(連結)

 

此舉可大幅提高同步軌度(36000公里高度)上衛星的光學分析能力;現時佈置在同步軌道上的光學分析設備,解像度約10-20米 /1圖元左右(中國大約是15米),作為持續光學觀測都有點嫌「粗」,但這種技術可令同步軌道上對地光學觀察技術提高至1米/1圖元的水準(12*12公里),而且一次觀察範圍可達到數十萬平方公里的水準。由於衍射光線不夠折射或反射有效率,光線較暗且仍會有鏡像差的情況,現時各國這個技術尚處於試驗的水準,預計要到2020年代後半期才可在光學偵察衛星上實用化。

 DARPA展示的MOIRE同步軌道光學觀察衛星概念片段

 

另外一個重點是助推段整體降落技術,即第一級火箭與四枚助推火箭一體丟棄,以方更控制墜落點、減少地面財物損失及回收殘骸功序。這技術原應在去年的實驗中加以驗證,可惜失敗收場(有指去年的失敗實和第一級一體飛行時發生共振,令第二節火箭的引擎故障有關),至去年12月長征八號升空時才成功。今次算是試驗的延續,試驗五節火箭是否能一體脫離。長遠而言,這火箭脫離方式可進一步發展成回收型,長征八號的研發正正向這個方向前進。

254a38969b222b1674637f08e6b75b51 720w這種橙煙就是四氧化二氮 / 聯氨混合燃燒後產生的煙氣。無論是燃料還是氧化劑,雖可常海保存,怛比衝低之餘,也是有毒的,墜地後未降解時,不但污染土地,還會對附近居民造成危險。第三世代運載火箭全部服役後,毒火箭就可漸漸退入歷史。(圖片來自知乎:中國科普博覽)

無論如何,一旦長征七號系列完全成熟,不但可以取代長征3B及載人型長征2F火箭,從事各軌道大型人造衛星、天宮太空站人員往返與物資運送任務,而且亦代表新世代的長征系列(五、六、七、八)可完全代替上一世代以「毒發」(以有毒的四氧化二氮 / 聯氨作為燃料與氧化劑)為主的運載火箭,不但助推段脫離落地會更安全(甚至可以回收),而且運力及模組化亦大幅強化,第二世代長征火箭亦可完成其讓中國航太事業「由無到有」的歷史使命。

 

接下來,可能就是這10年來中國航天工業最大的重頭戲-4月29日,天和核心艙將由長征5B型火箭發射升空,標誌兩年的天宮太空站建設過程,即將開始。長征七號系列因為已被證實有高可靠度,亦會加入第二代天舟補給太空船的發射工作。

tiangong 3 adrian mann kopia外國網友製作的天宮太空站想像圖及未來11次發射的時序及所用火箭,其中長征5號B運載3個大艙,長征七號運載第二代天舟貨艙及部分太空站所需組裝零件;長征2F則搭載四組太空人。(Image Credit: Adrian Mann / www.bisbos.com)

 

發佈於 科學新知
By 2021-03-10

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