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经过一系列升级,“东风四号”导弹摇身一变,成为我国第一枚运载火箭——“长征一号”(CZ-1)。它的直径为2.25米,高约30米,能将不超过0.3吨的载荷送至高度约440千米的近地轨道。1970年4月24日,中国第一颗人造卫星“东方红一号”便由“长征一号”运载火箭发射升空。
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自此,中国继苏联、美国、法国和日本之后,成为第五个可以独立发射人造卫星的国家,中国航天的近地卫星时代就此开启。
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“长征一号”运载火箭图解
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“长征四号丙”运载火箭发射升空/摄影 韩超
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火箭升空后,箭体剥落的是泡沫保温层,它能够让火箭内部保持适宜的温度。两级间的“镂空”结构为斜拉金属杆,这样的结构可以保证第二级火箭点火后,火焰能够及时排出。
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酒泉卫星发射中心陈列的“东风二号”/摄影 白龙
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“东风二号”是我国自行研制的第一种弹道导弹,后来衍生出东风系列弹道导弹。而“长征一号”运载火箭就是在“东风四号”的基础上研制成功的,因而我国的航天运载火箭事业,与我国的弹道导弹之间有着密切的联系。
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酒泉卫星发射中心陈列的“风暴一号”/摄影 白龙
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1975年7月26日,“风暴一号”运载火箭将重1107千克的“长空一号”卫星发射升空,成为我国第一枚载重超过1吨的运载火箭。1981年9月20日,“风暴一号”又成功发射3颗一组的新型空间物理探测卫星,我国由此成为第四个掌握“一箭多星”技术的国家。
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不过,0.3吨的载荷远远满足不了一般卫星的需求,运载火箭需要继续升级。
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推进剂方面,工程师们改用全新的“燃料+氧化剂”组合,即“偏二甲肼+四氧化二氮”,它们不仅具有更高的推进效率[1],而且均为常温液体,相遇即可燃烧,点火简单,维护方便。结构方面,根据当时的铁路运输条件,火箭直径加大至3.35米的极限尺寸。更强的推进剂与更大的直径,大大提高了火箭的运载能力,即便重回两级火箭也能达到入轨速度。
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升级后的新一代火箭,其一得名“风暴一号”(FB-1),我国因此可以首次发射超过1吨重的卫星,也首次实现了“一箭三星”的发射;其二便是“长征二号”(CZ-2),其近地轨道载荷约1.8吨,成功发射了我国第一颗返回式卫星,走出了载人航天的第一步。
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然而,此时中国运载火箭的近地轨道载荷仍未突破2吨,属于小型火箭范畴。更大的卫星、更远的星空、载人航天的期盼、空间站的梦想,都将交给下一代火箭,成为它们光荣的使命。
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贰 中型火箭的使命
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中型火箭的近地轨道载荷在2~20吨,载重1.8吨的“长征二号”距此仅有一步之遥。于是工程师们在“长征二号”的基础上进行改进,将箭体加长以携带更多燃料,并对材料和发动机进行优化。
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最终,比“长征二号”高近10米、近地轨道载荷增至4吨的“长征二号丙”(CZ-2C)和“长征二号丁”(CZ-2D)就此诞生,它们一举步入中型火箭的行列,同时也成为发射返回式卫星的主力军之一。
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然而,返回式卫星通常在高度约数百千米的近地轨道中工作。相较之下,气象卫星轨道高度约为1000千米,导航卫星轨道高度可达约20000千米。还有一类轨道则更为遥远,其高度约为36000千米,且轨道平面与赤道平面重合,运行在这里的卫星能与地面始终保持相对静止,这便是独一无二的地球静止轨道。
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在理想状态下,只需在地球静止轨道部署三颗卫星,便可基本覆盖全球通信。但要抵达地球静止轨道却并非易事——卫星须先以约10千米/秒的速度进入一个过渡轨道,再通过精确的变轨,在目标轨道的指定位置入轨定位。“长征二号丙”“长征二号丁”无法满足这样的发射需求,我们还需要飞得更远、更高、更精准的火箭。
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为此,工程师们首先尝试的依旧是纵向加级。此时有两种方案摆在人们面前:其一,以“长征二号丙”为基础,在第三级使用全新的低温推进剂,用“液氢+液氧”的组合替换传统的常温推进剂;其二,在“风暴一号”的基础上,第三级依旧使用技术成熟的传统常温推进剂。
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