今年的3月29日，當“長征六號改”遙一運載火箭在太原發(fā)射場一飛沖天時，人們驚呼中國第一型固液捆綁火箭驚艷亮相。

事實上，“長征六號改”并不是中國航天史上第一型固液混合火箭。按照火箭的構型方式，固體火箭與液體火箭的搭配主要分為并聯(lián)和串聯(lián)兩種類型組合，其中第一種便是“長六改”所采用的組合，而第二種則更加源遠流長，貫穿中國航天發(fā)展的多個關鍵節(jié)點，二者穿插構成了中國“混合動力”火箭簡史。

“開山鼻祖”長征一號

1970年4月24日，搭載“東方紅一號”人造地球衛(wèi)星的“長征一號”運載火箭，在酒泉發(fā)射場成功發(fā)射，中國成為世界第五個能夠獨立自主研制并發(fā)射衛(wèi)星的國家，榮耀閃耀東方，這一天也成為后來的“中國航天日”。

作為中國運載火箭的“開山鼻祖”，“長征一號”火箭并不是一枚單純的液體運載火箭?！伴L征一號”采用三級構型，其中芯一級與芯二級采用硝酸-27S/偏二甲肼推進劑液體火箭發(fā)動機，同時在研制當初，為了保證研制進度，芯三級并未采用液體發(fā)動機，而是采用設計研制相對簡單的固體發(fā)動機，隨著“長征一號”遙一的一飛沖天，中國第一型固液混合火箭成功問世。同時，“長征一號”也是中國第一型固液串聯(lián)火箭，中國“混合動力”火箭與中國運載火箭的歷史一樣悠久！

“舉重冠軍”長征二號E

在中國航天發(fā)展歷程中，80至90年代是一段忍耐的時間，經(jīng)費有限、型號較少、國家發(fā)射任務不多。在這個階段，中國航天自我紓困，瞄準世界商業(yè)航天發(fā)射市場“下海經(jīng)商”，誕生了不少執(zhí)行商業(yè)發(fā)射的“商界精英”，其中“長征二號E”（或稱“長征二號捆”）更是為商業(yè)發(fā)射而研制的捆綁火箭。

上世紀80年代中后期，為適應國際衛(wèi)星發(fā)射市場的需要和中國火箭發(fā)展的需要，中國航天研制了“長征二號E”火箭，它是中國第一型捆綁式火箭，也是當時中國運力最強的火箭，其近地軌道運力達到9.5噸[1]。同時，“長征二號E”/ETS構型，在芯二級火箭之上配備了三軸穩(wěn)定上面級ETS，該上面級由固體發(fā)動機提供動力，用于執(zhí)行中軌道一箭多星發(fā)射任務。

在液體火箭上面級研制力有不逮的時期，使用固體上面級倒是一種簡單、有效的路徑，可以增強“長征二號E”火箭的中高軌運力。在配備了ETS上面級之后，“長征二號E”火箭就變成了采用固液串聯(lián)的“舉重冠軍”，也是中國第一型投入商業(yè)發(fā)射市場的“混合動力”運載火箭。

“商業(yè)巨擘”長征二號丙

比起短暫服役的“長征二號E”，“長征二號丙”則經(jīng)歷了一個更加高光的時期。針對美國銥星發(fā)射任務，“長征二號丙”增加了上面級并采用基于飛行驗證技術與硬件研制出來的分配器 (SMart Dispenser，SD) ，發(fā)展出了“長征二號丙”/SD。在1997年9月1日至1999年6月12日的21個月時間里，“長征二號丙”/SD先后執(zhí)行了7次銥星發(fā)射任務（第一次為銥星模擬載荷），成功發(fā)射了12顆銥星組網(wǎng)衛(wèi)星。在當時的中國運載火箭序列中，“長征二號丙改”就是名副其實的“商業(yè)巨擘”！

在“長征二號丙”/SD之后，“長征二號丙”先后發(fā)展了增加上面級的“長征二號丙”/CTS，增加改進上面級的“長征二號丙”/SM、“長征二號丙”/SMA，而這些火箭的上面級配備的都是固體火箭發(fā)動機，都屬于固液串聯(lián)的“混合動力”火箭。由于美國國會在1999年出臺了《考克斯報告》，“長征二號丙”/CTS以及后面的“長征二號丙”/SM、“長征二號丙”/SMA都僅限于執(zhí)行國內(nèi)航天發(fā)射任務。又由于“遠征”系列液體上面級的出現(xiàn)，運載效率相對較低的固體上面級逐漸退出了“長征”火箭的舞臺。

“新科力士”長征六號甲

2022年3月29日，在幾經(jīng)推遲之后，“長征六號”系列的最新構型“長征六號改”（或稱“長征六號甲”）在太原發(fā)射場成功發(fā)射，這是太原發(fā)射場發(fā)射的第一型捆綁式運載火箭。同時，“長征六號改”也是中國航天第一型固液并聯(lián)火箭（或稱固液捆綁火箭、固體捆綁火箭）。

2016年，隨著固體火箭分段對接技術的不斷成熟，我國在120噸整體式大推力發(fā)動機的基礎上，成功進行了直徑2米分段式發(fā)動機地面熱試車，發(fā)動機燃燒室由2個艙段對接而成，推力120噸，直接推動了我國首型捆綁固體助推器運載火箭“長征六號改”的立項研制。

由于固體火箭擁有推力大、速度快的優(yōu)點，它可以有效解決運載火箭的推力和速度增量的問題，而液體火箭具有推力穩(wěn)、比沖高的優(yōu)點，能夠保證運載火箭的運載效率。“長征六號改”通過液體芯級捆綁固體助推器，將固體火箭與液體火箭的優(yōu)點合二為一，同時，借助于固體火箭結構簡單、維護方便的優(yōu)點，“長征六號改”可實現(xiàn)14天快速發(fā)射。

雖然是基于小型火箭“長征六號”改進而來，“長征六號改”的體量已經(jīng)躋身中型火箭，起飛質量約530噸，起飛推力約7230千牛（約734噸），其700千米太陽同步軌道運力4.5噸[2]，并且其芯二級YF-115液氧煤油發(fā)動機正在發(fā)展具備二次啟動能力的型號，使得“長征六號改”的運力還有很大的上升空間?！伴L征六號改”體量大、力氣足，這就是采用“混合動力”的“新科力士”！

“后起之秀”商業(yè)群雄

隨著國內(nèi)商業(yè)航天發(fā)射市場的壯大，在“長征”火箭之外，還興起了一支商業(yè)火箭隊伍，比如航天科工火箭公司的“快舟一號”、“快舟一號甲”以及“快舟十一號”（首飛失敗）等“快舟”系列，星際榮耀公司的“雙曲線一號”，星河動力公司的“谷神星一號”，這些執(zhí)行過發(fā)射任務的小型火箭都有一個共同的特點，其在固體基礎級火箭之上都搭配了液體上面級火箭，屬于固液串聯(lián)的“混合動力”火箭。

固體火箭本身具有可靠性高、使用維護簡單的特點，在衛(wèi)星星座時代能夠快速執(zhí)行組網(wǎng)、補網(wǎng)任務，再通過搭配效率較高的液體上面級，使得這些火箭的運載效率得以大幅提升，具備更強的任務適應性。

在中國航天的起始階段，固體發(fā)動機解決了“長征一號”芯三級液體火箭發(fā)動機缺失的問題，通過固液混合使中國成功掌握航天發(fā)射能力；在“下海經(jīng)商”的階段，固體發(fā)動機解決了“長征二號E”、“長征二號丙”的上面級問題，固液混合支撐了中國國際商業(yè)航天發(fā)射稍顯短暫的繁榮時代，并持續(xù)發(fā)揮作用至液體上面級的出現(xiàn)；在新一代火箭階段，固體發(fā)動機為“長征六號改”提供了推力大、速度快、可靠性高、使用維護簡單等有力支撐，助力中國火箭構型開辟固液捆綁的寬廣路徑。同時，在商業(yè)航天階段，通過使用液體上面級，使一眾采用固體基礎級的商業(yè)火箭運力和運載效率雙雙提升，固液混合已經(jīng)成為商業(yè)火箭的重要選擇。

自“開山鼻祖”到“新科力士”乃至“后起之秀”們，混合動力火箭扮演著解決問題的關鍵角色，未來還將成為重型火箭構型的重要路徑!

作者：大白高國

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參考資料

[1]引自中國廣播網(wǎng)
http://www.cnr.cn/2007zt/ceyh/hjjj/200710/t20071019_504597957.html

[2]數(shù)據(jù)引自中科院中國科普博覽發(fā)布
https://c.m.163.com/news/a/H3LUDU3J0511A8O9.html?spss=newsapp