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在第一种方案中,“液氢+液氧”能够大幅提高推进效率,是较为先进的方案。但液氢温度低于-253℃,且易燃易爆,从发动机技术到低温燃料的贮存、运输、加注技术,都要从零开始,难度巨大。相比之下,第二种方案风险更低,把握更大,但技术较为保守。
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一面是高技术,一面是低风险,这个选择并不好做。人们各执己见,争论不休,直到中国通信卫星总工程师任新民站出来说:
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中国要想在本世纪末(20世纪末)成为航天大国,甩掉落后的帽子,眼睛必须瞄准当代火箭发动机的高峰……航天事业本身就是个大风险,如果怕失败、怕风险,还搞什么航天!
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此一言出,掷地有声。自此,约10年后成功扛起我国地球静止轨道卫星发射大旗的,是采取第一套方案、第三级使用“液氢+液氧”组合推进剂的“长征三号”(CZ-3) 。它的第三级推进剂贮箱防冻、防渗、防潮、绝热,发动机则能进行二次点火,令卫星再次加速进入过渡轨道。而进一步改进诞生的“长征三号甲”(CZ-3A),首次将我国卫星送入地月转移轨道,从此开启了中国航天的“嫦娥时代”。
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“长征二号丁”运载火箭发射升空/摄影 王明艳
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“长征二号丁”运载火箭为两级液体推进剂火箭,是在长征四号火箭第一、二级的基础上研制出的,用于发射各种执行低轨道任务的卫星。
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“长征三号甲”运载火箭发射升空/摄影 崔建平
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“长征三号甲”运载火箭全长52.5米,一、二子级直径为3.35米,三子级直径为3米,卫星整流罩最大直径为3.35米,起飞质量为243吨,地球同步转移轨道运载能力为2.65吨。
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“长征二号丙”与“长征三号”结构对比
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“长征四号乙”运载火箭/摄影 史悦
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“长征四号乙”是在“长征四号甲”的基础上研制成功的运载能力更大的火箭,最初是发射地球同步轨道卫星的备份火箭,后来成为我国发射太阳同步轨道卫星的主力火箭。
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“长征二号丙”运载火箭/摄影 江程杰
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“长征二号丙”运载火箭是一型两级常规液体运载火箭,火箭长43米,一、二子级直径为3.35米,主要用于发射低轨和太阳同步轨道卫星。
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与此同时,使用传统常温推进剂的加级方案没有被放弃,而被“长征四号”系列采纳。
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“长征四号”系列包括“长征四号甲”(CZ-4A)、“长征四号乙”(CZ-4B)、“长征四号丙”(CZ-4C)等,它们是发射太阳同步轨道卫星的主力军。这又是一类特殊的轨道,其轨道平面可绕地轴旋转,运行周期与地球公转周期一致,每当卫星经过同一点时,它能保持大致相同的日照条件,因而被称为“太阳同步轨道”。
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太阳同步轨道卫星运行的特点,让它极其适合气象、地面观测。不过,这种轨道的倾角往往超过90°,需要火箭提供大量推力用于改变飞行方向。1988年9月7日,“长征四号甲”载着我国第一颗气象卫星“风云一号”成功进入高约900千米、倾角为99°的太阳同步轨道,就此宣告我国依靠国外气象卫星数据的时代正式结束。
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至此,我国中型运载火箭的近地轨道载荷已约6吨。然而,载人航天的载荷需求是至少近8吨。此时单芯级火箭的起飞推力几乎加无可加,这该如何突破?
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