「瞭望智库」我们从长征一号开始看…绝对震撼！，长五B火箭首飞成功！来椰风拂碧海神箭冲

椰风拂碧海神箭冲九霄
2020年5月5日18时0分
长征五号B搭载
新一代载人飞船试验船
和柔性充气式货物返回舱试验舱
从文昌航天发射场点火升空
约488秒后
载荷组合体与火箭成功分离进入预定轨道
我国空间站阶段的首次飞行任务告捷！
长征五号B首飞成功
正式拉开我国载人航天工程“第三步”任务的序幕
这是长征系列运载火箭的第331次飞行
……

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▲长征五号B运载火箭成功托举新一代载人飞船试验船（宿东摄中国航天科技集团供图）
本文转载自微信公众号“星球研究所”（ID：xingqiuyanjiusuo），原文首发于2020年4月24日， _本文原始标题为《火箭：我要飞……………………………得更高！》，不代表瞭望智库观点。
飞天之路
注定是坎坷的
1996年2月15日
长征三号乙运载火箭
在万众期待下首次出征
然而火箭起飞不到2秒
却突然偏离发射方向
（长征三号乙首发，箭体姿态出现异常，图片来源@InternetArchive）
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此后短短22秒内
火箭头部下坠、径直撞向山坡
最终在冲天的火光中
粉身碎骨、灰飞烟灭
这是中国运载火箭
第9次发射失败
（长征三号乙首发失利，坠毁于距发射场1.85千米外的山坡，图片来源@InternetArchive）
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20余年后
2020年4月9日
已连续成功发射26次的长征三号乙
又因火箭第三级工作异常而坠落解体
这是中国运载火箭
第22次发射失败
截至目前
中国航天史上
共计有22次发射失败
但与此同时
发射成功的次数达到
334次
（请横屏观看，长征七号首飞，这是中国“长征”系列运载火箭第222次发射成功；另：上文中仅将航天器到达目标轨道视作成功，摄影师@苟秉宸）
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是的
失败是沉痛的
但科学的高峰
却永远是咬着牙、含着泪
才能攀上的
（下文引自“中国航天之父”钱学森）
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正确的结果，是从大量错误中得出来的。
也正因如此
50年前
我国成功发射的第一颗人造卫星
只有“微小”的0.178吨
50年后
一代代中国运载火箭
载着
北斗、风云、高分、鹊桥、尖兵
实践、长空、烽火、海洋、神通
探测、前哨、资源、鑫诺、天链
中星、天拓、天绘、珞珈、云海
载着
神舟、天舟、嫦娥、天宫
一次次摆脱地心引力
奔向星辰大海
（请横屏观看，中国“长征”系列运载火箭主要型号型谱，制图@陈随/星球研究所）
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这是一条怎样的升级之路？
未来又将如何呢？
1
小型火箭的诞生
1970年1月30日
我国第一颗中远程弹道导弹
东风四号
试飞成功
它利用燃烧产生的
喷射气流提供推力
推进剂则是
“燃料+氧化剂”的组合
可以彻底摆脱燃烧对氧气的依赖
即便在无氧的太空环境
也能自由飞行
它的箭体
由下至上分为两级
第一级工作结束后便在高空分离
再由第二级重新点火、接力推进
这便是
中国运载火箭的雏形
（第一级箭体分离场景，右侧白色轨迹为继续飞行的第二级箭体；此为中国民营火箭双曲线一号发射，供示意，摄影师@余明）
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然而
要实现环绕地球飞行
卫星的飞行高度
一般不能低于180千米
相应的入轨速度也需接近7.9千米/秒
否则将在地球引力和大气阻力的作用下
坠入大气层中
（上文中的7.9千米/秒，即为第一宇宙速度，制图@陈思琦&陈随/星球研究所）
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遗憾的是
这样的速度和高度
令东风四号望尘莫及
于是工程师们
在原有箭体上继续加级
将其升级为三级火箭
箭体顶部的导弹弹头
则被卫星取代
并由整流罩加以保护
避免遭受高速气流的冲刷
（火箭整流罩，用爆炸螺栓连接，螺栓起爆即可解锁分离、抛掉整流罩；下图为长征七号整流罩，作示意，摄影师@王若维）
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第一级与第二级之间
由金属杆相连
连接处如同被镂空
以便二级发动机点火时
喷射的火焰能经此尽快排出
（两级间的“镂空”结构即为斜拉金属杆；下图为长征四号丙的外形，供示意，剥落的是泡沫保温层，摄影师@韩超）
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经过一系列优化
东风四号导弹摇身一变
中国的第一枚运载火箭
长征一号（CZ-1）
就此诞生
（长征一号火箭结构示意，制图@陈随/星球研究所）
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它直径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
例如中国第一颗人造卫星
东方红1号
自此
中国成为继苏、美、法、日之后
第五个独立发射人造卫星的国家
中国航天的近地卫星时代
也就此开启
（东方红1号，摄影师@Bru?cke-Osteuropa）
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然而
0.3吨的载荷
远远满足不了一般卫星的需求
运载火箭势必再次升级
推进剂上
人们改用全新的
“燃料+氧化剂”组合
“偏二甲肼+四氧化二氮”
它们均为常温液体
不仅具有更高的推进效率
且一旦相遇便可立即燃烧
点火简单、维护方便
（此处的推进效率是指“比推力” ，即单位时间内消耗单位推进剂产生的推力，也称“比冲” ，下文同；四氧化二氮分解可产生棕红色的二氧化氮，因此火箭起飞时可见棕红色的浓烟，摄影师@阿毛）
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结构上
火箭直径加大至
我国铁路运输的极限尺寸
3.35米
由于直径更大、推进剂更强
即便重回两级火箭
也能达到入轨速度
（载着火箭部件前往西昌发射中心的火车，摄影师@Donald）
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升级后的新一代火箭
其一
得名风暴一号（FB-1）
它令我国首次能够
发射超过1吨的卫星
也首次实现“一箭三星”
（停放在酒泉卫星发射中心的风暴一号模型，摄影师@苟秉宸）
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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
可谓走出了载人航天的第一步
（注意：此处的“近地轨道”是指高度约200-400千米的轨道，后文如无特别说明均采用此范围；下图为我国发射并回收的第一颗返回式卫星尖兵一号，图片来源@VCG）
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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
2
中型火箭的使命
中型火箭的近地轨道载荷
在2-20吨之间
在长征二号基础上改进的
长征二号丙（CZ-2C）
长征二号丁（CZ-2D）
比原火箭高出近10米
能携带更多燃料
加之材料和发动机的优化
其近地轨道载荷可增至约
4吨
一举步入中型火箭行列
成为发射返回式卫星的主力军之一
（长征二号丁也沿用了部分长征四号的技术，下图为长征二号丁发射升空，摄影师@曾诚宇）
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然而
这类卫星常工作在
高度约几百千米的近地轨道
相较之下
气象卫星轨道高度约1000千米
导航卫星可达到约20000千米
还有一类轨道则更为遥远
其高度约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
在理想状态下
这里只需部署三颗卫星
便可基本覆盖全球通信
（不同高度的航天器轨道示意，制图@陈思琦&陈随/星球研究所）
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但要抵达地球静止轨道
却并非易事
【「瞭望智库」我们从长征一号开始看…绝对震撼！，长五B火箭首飞成功！来】卫星须用“多级跳”的方式