運載能力大跨越,“新一代”火箭的新長征
無論是發射人造衛星,還是發展載人航天、探索月球火星,都離不開運載工具——火箭。有句話說得好,“運載火箭的能力有多大,航天舞臺就有多大”。
自20世紀70年代發射第一枚運載火箭“長征一號”以來,中國的“造箭人”不斷通過運載火箭的升級換代和發展壯大來拓寬“航天舞臺”,他們的最新一個“代表作”,就是歷經10年,攻克12項核心關鍵技術、247項關鍵技術研制而成的“長征五號”。
2016年11月3日,海南文昌航天發射場,中國起飛規模最大、運載能力最大、技術跨度最大的新一代大型運載火箭“長征五號”矗立在塔架上,即將開啟太空之旅。
前來觀看火箭升空的人群熙熙攘攘,他們不會想到,自己將經歷中國航天史上最驚心動魄的一次發射。
17點30分,離預定的發射時間還有半個小時,發射大廳里的氣氛突然緊張起來。經緊急檢驗后,工作人員發現火箭一級助推器氧排氣管道出現問題。指揮部決定將發射窗口推遲到19點01分。但很快,新問題接踵而至,火箭點火時間被兩度推遲,倒計時1分鐘內又出現兩次暫停,最終在20點43分成功發射。此時,距離原定發射時間已經過去了163分鐘。

2016年10月28日,海南省文昌市,長征五號運載火箭在海南文昌發射場垂直轉運至發射位置。
長征五號運載火箭一波三折、驚心動魄的發射過程后迎來的成功,擁有不同凡響的意義——使中國運載火箭的規模實現了從中型到大型的跨越,近地軌道運載能力達到25噸級,地球同步轉移軌道運載能力達到14噸級,進入空間能力提升了兩倍多。中國成為包括美國和俄羅斯在內的世界主流火箭陣營的一員。
“長征五號”是中國“新一代”火箭家族中成功首飛的第4名成員。在它首飛之前,中國已經成功發射了3枚新一代運載火箭。
20世紀90年代,中國航天人逐漸認識到,要走向更遠的深空,必須依托更先進、運載力更強、無毒無污染的新型運載火箭,于是提出了新一代運載火箭的發展構想。2001年,新一代運載火箭正式獲得立項。
“新一代”的首秀是在十多年之后。2015年9月,中華大地上5天內兩次響起強勁的轟鳴聲。9月20日,中國新一代運載火箭的首飛箭——長征六號運載火箭在太原衛星發射中心成功發射,將20顆衛星送入太空,創造了一箭多星發射的新紀錄。隨后的9月25日,長征十一號運載火箭在酒泉衛星發射中心發射升空,使長征火箭家族擁有了第一型固體運載火箭。
2016年6月25日,中國全新研制的新一代中型運載火箭“長征七號”也首飛成功,將中國近地軌道運載能力從8噸左右提升至14噸。
再加上“長征五號”的首飛,中國用15年時間打造了4型新一代運載火箭。至此,長征運載火箭形成了4個系列10種型號的成熟產品,具備了發射低、中、高軌道不同類型航天器的能力。統計數字顯示,截至2018年3月底,長征系列火箭累計發射270次,成功率約96%,達到國際先進水平。

部分長征系列運載火箭1:20縮比模型
目前,中國火箭家族仍在擴容。根據規劃,2020年,“長征八號”將完成研制并實現首飛,近地軌道運載能力達140噸的重型運載火箭“長征九號”也在研制計劃之中。屆時,中國新一代運載火箭系統將基本建成,為未來建設空間站,開展載人登月、火星探測和其他深空探測提供強有力支撐。
此外,中國正瞄準世界前沿,全面開展可重復使用運載火箭、空間運輸平臺等更為前沿技術領域的預先研究和飛行演示驗證工作,實現中國航天運輸系統的可持續發展。
飛天夢圓,向著浩瀚太空出發
2003年,世界的目光聚焦中國。這個已成功發射過4艘無人飛船的東方大國宣布,將發射神舟五號載人飛船,把第一名中國航天員送上太空。
“出發!”10月15日清晨5點30分,時任中國載人航天工程總指揮李繼耐命令道。
“是!”航天員楊利偉行了一個標準的軍禮。
9點整,長征二號F運載火箭騰空而起。9分50秒后,神舟五號飛船順利進入預定軌道,楊利偉成為第一個叩開宇宙大門的中國人。
千年飛天夢,一朝成現實。神舟五號任務的成功,不僅成為中國載人航天事業的重要里程碑,也點燃了中華民族的愛國熱情和自豪感。在人們心中,中國航天,已經遠遠超出了它的領域、行業范疇,而是與國家實力、民族自信緊緊相連,成為國家強大的重要象征。
飛天夢圓后,肩負著國民期盼的中國航天一路馬不停蹄地前進——
2005年10月,神舟六號飛船載著兩名航天員升空;2008年9月,神舟七號飛船發射升空;2011年到2013年,天宮一號目標飛行器和神舟八號、神舟九號和神舟十號飛船先后發射,并開展空間交會對接;2016年到2017年,天宮二號實驗室、神舟十一號載人飛船和天舟一號貨運飛船先后發射升空,完成交會對接,并開展了一系列技術試驗和科學實驗。

2003年10月15日上午9時,長征二號F運載火箭載著神舟五號載人飛船發射升空。

國家博物館展出的神舟五號飛船返回艙及楊利偉穿過的航天服
2011年9月29日
“天宮一號”發射升空
2011年11月3日
與“神舟八號”首次對接
2011年11月14日
與“神舟八號”第二次對接
2012年6月18日
與“神舟九號”首次對接
2012年6月24日
與“神舟九號”首次手控交會對接成功
2013年6月13日
與“神舟十號”首次對接
2013年6月23日
與“神舟十號”手控交會對接
2016年3月16日
正式終止數據服務,進入軌道衰減期
2018年4月2日
再入大氣層燒毀

回顧“天宮一號”太空之旅示意圖
資料來源:新華網
通過這些任務的實施,中國突破并掌握了載人天地往返、太空出艙、空間交會對接、航天員中期駐留、空間貨物運輸和推進劑在軌補加等關鍵技術,為空間站建設打下了堅實基礎。
從載人航天工程啟動,到看到空間站的曙光,中國人走過了25個年頭。25年時間里,中國共發射了11艘神舟飛船、2個空間實驗室(目標飛行器)和1艘貨運飛船,送14人次航天員進入太空,創造了載人航天任務的不敗紀錄,載人航天工程真正成為中國航天的一塊“金字招牌”。按照規劃,中國第一個空間站將在2022年前后建成。曾經被排擠在國際空間站“俱樂部”之外的中國,將有望成為世界上第三個擁有空間站的國家。
在載人航天事業如火如荼開展之時,中國另一項重大工程悄悄拉開了帷幕。
2000年11月22日,中華人民共和國國務院新聞辦公室首次發布的《中國的航天》白皮書中,明確指出將“開展以月球探測為主的深空探測的預先研究”。2004年1月23日,繞月探測工程批準立項,正式吹響了向深空探測進軍的號角。
中國的探月工程以無人探測為主,分為“繞”“落”“回”三個階段。首先發射月球探測衛星,實施繞月探測;然后實施探月二期工程,實現月面軟著陸和巡視勘察;最后,完成月面采樣返回。
從3.6萬里到38萬公里,從地面起飛到在另一個星球著陸,這是一項前所未有的挑戰。
2007年10月24日,大涼山環抱的西昌衛星發射中心上空,陰云密霧緩緩散去,發射場顯露出勃勃生機。18點05分,隨著一聲“點火”口令,長三甲火箭載著中國第一顆月球探測衛星“嫦娥一號”開啟了奔月征程。
11月5日11點15分,“嫦娥一號”第一次實施近月制動,11點37分,衛星成功被月球捕獲。成功了!
那一刻,全國觀眾在電視屏幕上看到了這樣一幕:大廳里的航天人激動地站起來,有的歡呼跳躍,有的擁抱握手。而探月工程總設計師孫家棟卻走到一個僻靜角落,悄悄背過身去,掏出手絹抹眼淚。
一個小小的動作,折射出中國探月之路的艱難。
“嫦娥一號”最終在超期服役127天后成功受控撞擊在月面豐富海區域。此后,“嫦娥”家族又有三位“姐妹花”先后奔月:“嫦娥二號”為月面軟著陸驗證了關鍵技術,飛行突破7000萬公里,刷新了中國航天器迄今到達的最遠距離;“嫦娥三號”成功著陸月球,使中國成為世界上第三個月面軟著陸國家,并創下在月球表面工作時間最長的世界紀錄;探月工程三期再入返回飛行試驗器驗證了以接近第二宇宙速度再入返回等相關技術,拿到了第一張從月球到地球的“返程票”。

2010年10月1日18時59分57秒,長征三號丙運載火箭搭載的嫦娥二號探月衛星在西昌衛星發射中心發射成功。
按照計劃,下一步嫦娥五號探測器將出征月球,在月面采樣后返回;“嫦娥四號”也預計于2018年底發射,首次實現人類探測器月球背面軟著陸。
中國人在太空中的腳步還遠沒有停止。根據深空探測發展規劃,中國將在2020年前后發射首個火星探測器;2030年前開展火星、小行星及木星探測,向著更遠的深空不斷探索。

嫦娥四號任務月球車月面效果圖

嫦娥四號任務著陸器月面效果圖
星光閃耀,太空高掛中國星
買星還是造星?20世紀80年代,中國航天曾面臨這樣一個抉擇。
當時,受限于電子元器件研制生產底子薄、基礎差的現狀,國產通信衛星一直沒有得到很好的發展。中國雖然成功把第一顆人造衛星“東方紅一號”送入太空,并隨后發射了帶4個通信用C波段轉發器的東方紅二號衛星,但比起國外二三十個轉發器的先進衛星,還是有不小的差距。
于是,從1981年起,一場“買星”還是“造星”的爭論,在國內沸沸揚揚地展開了。
激烈討論過后的最終結果還是要依靠中國自己的力量研制新一代通信廣播衛星。經過艱辛的研制歷程,1997年,中國自主研制的東方紅三號衛星發射成功,其容量相當于12顆東方紅二號衛星,中國航天人終于得以揚眉吐氣。有關部門估算,當時僅衛星公眾通信一項,每年就可以為國家節省數千萬美元。
如今,30多年過去,中國再也不會出現買星還是造星的爭論,因為中國人自己制造的衛星已經在太空熠熠生輝。據統計,迄今為止,中國已經發射了300多顆衛星,擁有實際在軌運行衛星近200顆,在軌穩定運行衛星數量在世界各國中位居第二名。
在璀璨奪目的中國群星中,有若干個龐大家族,其中一個就是通信衛星。
靜止軌道通信衛星代表著一個國家衛星通信的發展水平,也是一個國家綜合實力、技術水平的重要體現。近年來,中國在通信衛星領域取得了長足發展,已有數十顆通信衛星先后奔赴赤道上空的靜止軌道,鑲嵌在浩瀚星空之中。它們的“星光”照耀了全球60%的陸地,惠及全球80%的人口。而且,隨著航天技術發展和東方紅衛星公用平臺一代又一代升級,如今的通信衛星已經讓當年的望塵莫及——2017年4月,中國首顆高通量通信衛星“實踐十三號”(衛星在完成在軌試驗后被命名為“中星16號”)成功發射,它的通信總容量超過20G,真正實現了自主通信衛星的寬帶應用;2016年8月6日,天通一號01星發射升空,使中國擁有了自己的海事衛星,邁入了衛星移動通信的“手機時代”。
北斗,也是燦爛星空中的一個“大家族”。北斗衛星導航系統是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統,于2012年底正式開始向亞太大部分地區提供定位、導航、授時和特有的短報文服務。如今,北斗全球衛星導航系統正在如火如荼地建設,預計將在2018年底前后向“一帶一路”沿線國家和地區提供基本服務,到2020年實現35顆北斗衛星全球組網,屆時,中國北斗將具備服務全球的能力。
還有掌控天氣冷暖的風云氣象衛星家族。從1988年發射風云一號A星,到2017年交付使用的風云四號衛星,中國已成功發射了15顆氣象衛星,其中有8顆衛星在軌運行,為中國和世界的氣候監測和天氣預報提供了重要的氣象觀測資料。
另外,高分辨率對地觀測衛星、遙感衛星等等,都是中國在太空中的“明星”,對中國國民經濟發展和人民生活產生
北斗系統
1994年
啟動北斗一號系統工程建設
2004年
啟動北斗二號系統工程建設
2000年
發射2顆地球靜止軌道衛星
2003年
發射第三顆地球靜止軌道衛星
2009年
啟動北斗全球系統建設
2012年底
完成14顆衛星發射組網
2018年
面向“一帶一路”沿線及周邊國家提供基本服務
2020年前后
完成35顆衛星發射組網,為全球用戶提供服務。
空間段
由若干地球靜止軌道衛星、傾斜地球同步軌道衛星和中圓地球軌道衛星三種軌道衛星組成混合導航星座
地面段
包括主控站、時間同步/注入站和監測站等若干地面站
用戶端
包括北斗兼容其他衛星導航系統的芯片、模塊、天線等基礎產品,以及終端產品、應用系統與應用服務等。著重要影響,也為國際上許多國家和地區提供著優質的衛星運營服務。

中國北斗衛星導航系統示意圖
資料來源:《中國北斗衛星導航系統》白皮書