中国火箭发射瞬间：为何喷400吨水？

出品：科普中国

制作：寒木钓萌团队 许仁华

监制：中国科学院计算机网络信息中心

传统认知里，大块头才有大力量。不过，今天中国在海南文昌发射的这枚长征七号火箭，并非完全如此。与中国之前的主力火箭相比，长征七号火箭在自身重量增 加20%的情况下，运力居然增加了70%！它是怎么做到的呢？还有，长七发射时，周围居然要喷射400吨水，这又是为什么？

相比中国以往的火箭，重量从500吨增加到600吨，而其运力从8吨提升到14吨。相比中国以往的火箭，重量从500吨增加到600吨，而其运力从8吨提升到14吨。

燃料很给力

中国以前大都是使用偏二甲肼和四氧化二氮作为火箭的推进剂。

偏二甲肼是一种氧化剂，非常容易燃烧和爆炸，一直以来，常用作火箭燃料。然而，偏二甲肼有剧毒，还致癌，这是它最大的缺点。作为氧化剂的四氧化二氮，也是有毒的，还有强烈的腐蚀性。

俄罗斯使用偏二甲肼和四氧化二氮作为燃料，发射现场红烟滚滚。

而长征七号，全部使用液氧和煤油，无毒环保，燃烧后的主要产物是水和二氧化碳。

早前发射的长征六号燃料为液氧和煤油，燃烧的主要产物是水汽，发射现场白烟滚滚早前发射的长征六号燃料为液氧和煤油，燃烧的主要产物是水汽，发射现场白烟滚滚

液氧和煤油的另一大优点是便宜。把空气冷冻成液体后再分离，就能制成了液氧，因此，一吨液氧的价格还不到2000元。另外，煤油也不贵。但偏二甲肼就不同了，它的价格高达每吨8万元，四氧化二氮的价格为每吨1.7万元。

便宜的燃料可以降低火箭发射成本。以发射神舟飞船的长征二F火箭为例，如果使用液氧煤油，那么每次发射可以节约推进剂费用上千万元。

值得注意的是，液氧温度约为零下180摄氏度，灌入后，过不了多久，箭体上就会有大量凝结的水珠，尤其是在海南文昌这种高热高湿的地方，水汽凝结现象更 为严重。为了解决此问题，长征七号进行了特殊设计，箭体可防水，也正因此，长征七号甚至可在中雨的天气状况下进行发射。

不少人难免有疑问，液氧和煤油既然如此便宜环保，为何以前发射火箭却没有使用呢？答案当然是发动机——可以说，没有中国液氧煤油发动机的研制成功，就没有今日长征七号的大推力。

先进的发动机

长征七号的4个助推器，每个使用一台YF-100液氧煤油发动机，火箭芯一级使用两台YF-100液氧煤油发动机，每台YF-100液氧煤油发动机能产生120吨推力。高性能的液氧煤油火箭发动机是长征七号在自身体重增加不大的情况下，运力大幅提高的根本原因之一。

另外，火箭装载的燃料越多，运力越大，长征七号高达53米，而其自身钢材重量只占到10%，这也是其运力大增的原因之一。

海南发射场

中国目前有4大航天发射基地，纬度最低的当属海南文昌发射中心，而这个发射场执行的第一次火箭发射任务就是今天的长征七号发射，意义重大。

发射“天宫1号”的时候，由于火箭4.2米直径的整流罩超过了铁路涵洞的宽度，最后是把整流罩分成几段来运输。长征七号的整流罩直径也是4米多长，但由于它是从天津直接运往海南，就不存在直径超限的问题，它可以通过集装箱整体运输。

众所周知，地球表面的所有物体均沿着纬线的方向随着地球自西向东转动，由于这个原因，火箭在地面未发射之前，其实就已经具有了一个和地球自转速度相同，并且是向东的速度。如果火箭的发射方向是向东，那么它就可以利用这个本来就有的速度使自身迅速加速。

然而，地球表面各处的线速度是不同的，南北极点的线速度最小，越靠近赤道，线速度越大。

对于地球来说，赤道上的线速度最大，为每秒456米，如果在赤道发射火箭，则最节省燃料。

能节省到什么程度呢？咱们可以通过法国的库鲁航天发射场和哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场来对比一下：

法国的库鲁航天发射场纬度只有5.23度，萨克斯坦的拜科努尔航天发射场纬度是北纬46度。

如果一枚火箭是在库鲁航天发射场发射，它的地球同步转移轨道运载能力要比在拜科努尔航天发射场发射高出20%。

假如发射基地的纬度比拜科努尔航天发射场纬度更高，比如说北纬70度，那它的运载能力会比在库鲁航天发射场发射时减少一半。

发射台要喷400吨水降温

跟以前的火箭发射不同，发射长征七号时，发射平台会在20秒内喷出400吨水降温和降噪。

火箭点火时，尾焰直冲发射平台，让其瞬间接近3000摄氏度。如果不对其进行降温保护，集多种设备于一身的多功能发射台势必将会因高温遭到损坏。

据“大流量喷水降温降噪系统”技术负责人陈劲松介绍， 这400 吨水喷出去后，有30%的水将汽化到大气中，水分蒸发将带走大量的热。

除了降温，400吨水的另一个重要功能是降低噪声。

火箭发射时，39号发射台上的1135.6吨水将会在数十秒内被清空。

火箭点火时，噪音巨大，而此时火箭的上升速度又极慢，所以，能量巨大的声波有可能会破坏火箭本身。为了减弱噪音，需要在其发射时从一定的角度大量喷水。美国肯尼迪航天中心的发射台，喷水后能在原有基础上减弱40分贝左右。

长七是未来主力

中国新一代运载火箭中，长征七号既不像长征六号那般小，也不像长征五号那般大，它处在中间位置，属于全新研制的新一代中型运载火箭，这也决定了中国未来的大量发射任务将由长征七号来承担。

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军报揭秘：为什么长征七号的尾焰多了蓝色？

涛声阵阵，椰风习习。灿烂星空注视着这壮丽一幕——

公元2016年6月25日20时00分，海南文昌航天发射场，我国全新研制的长征七号运载火箭托举“升级版”太空摆渡车——远征一甲上面级，成功将六类七项载荷成功送入预定轨道，拉开了我国载人航天工程空间实验室任务的序幕。

茫茫太空，长征家族主力“接班人”来了！仰望星空，航天科技集团一院长征七号运载火箭副总指挥张涛，一直注视着这个全新一代运载火箭，直到尾焰消失在夜空为止。“长征七号的长征之路刚刚开始，未来，它将承担更多使命！”他说。

长征七号首飞成功之际，本报记者为你讲述与这个长征家族主力“接班人”零距离接触的见闻和感受。

除了“腰围”没变，其他全脱胎换骨

“点火！起飞！”伴随着振聋发聩的轰鸣声，长征七号运载火箭划破天际，冲向云霄。

“看！橘红色，多壮丽的颜色！”人群中传来兴奋的呼喊。

闻听此言，海南文昌航天发射场动力室工程师胡雷鸣真想冲过去告诉他们：这一次，长征七号点火之后喷出的尾焰颜色不一样了！

仔细分辨，那喷薄而出的橘红色中，果然比以往多了一点蓝色！蓝色系的加入，让长征七号划过夜空的尾焰更亮了。

尾焰颜色的变化提醒我们，这是一款全新的火箭。

尽管它身上带着长征系列运载火箭家族的明显基因——外形和尺寸大致相似的整流罩，助推器直径仍然是标准的2.25米直径，芯级直径为3.35米，但在航天科技集团一院长征七号运载火箭副总指挥张涛看来，除了“腰围”没变，其他都脱胎换骨了。

“仅从外观上看，颜值更高了！”胡雷鸣至今记得在天津总装厂房第一次看到长征七号时的情形：比起以往在飞的长征系列火箭，它的“腿”明显变高了，更协调、更美观。

胡雷鸣口中的“腿”是指长征七号的4个推进器，长约27米的助推器，接近现役火箭助推器长度的2倍。这种改变，意味着要对火箭的设计进行全面的更新。传统火箭固定助推器需要两个捆绑点，而长征七号又增加了一个捆绑点，相对现役火箭静定的捆绑方案，载荷、捆绑装置等设计难度大大增加、可靠性大幅提升。

不仅“腿”变高了，“体重”也增加了。很难想象，这个起飞重量接近600吨的“钢筋铁骨”大个子，体重的90%甚至更多居然都是燃料。成天和长征七号工程设计人员一起工作的胡雷鸣解释得颇有专业味道：火箭是卫星等载荷通往太空的“专车”，对于这辆“专车”来说，车本身的自重越小越好，能提供动力的燃料越多越好。因为这样，就可以把尽可能多的“运量”留给“乘客”。

“心脏”也更强壮了。张涛告诉记者，长征七号最根本的变化来自动力系统。它采用了液氧煤油发动机等新技术，一举将我国中型运载火箭低轨道的运载能力由8.6吨提高至13.5吨，达到国外同类火箭先进水平。

“为什么点火时尾焰的颜色中会有点蓝？主要是燃料出现了变化。”他说，长征七号采用无毒无污染的液氧煤油作为燃料，较常规推进剂比冲提高20%，推力提高了60%，不仅秉承了中国航天绿色环保的发展理念，顺应国际潮流，还降低了成本提高了火箭性能。

操作手闫雷的工位在长征七号发射平台的配气台，这个工位几乎就在火箭喷管下面，只有在火箭点火前40分钟，他才能离开这个工位。这位离火箭最近的小伙子注意到了更多细节的变化。

“你看它的整个尾段，全部涂了一层厚厚的防热胶。每个螺钉、每个接缝都处理得很精细。”闫雷的直接观感背后，是我国火箭设计制造能力和工艺的整体跃升。

毫不夸张地说，打从“娘胎”里，长征七号就带着与以往不一样的基因。它突破了三维协同设计、三维设计数据管理及基于三维的流程仿真、飞行综合性能仿真等多项关键技术，打通了从设计到制造的全三维流程，堪称我国第一枚全数字火箭。

虽说是“新人”，但经得起千锤百炼

发射前，有记者问张涛：对长征七号有没有信心？

这位航天科技集团一院长征七号运载火箭副总指挥笑着回答：有信心！

张涛的底气源自长征七号的一身本领。对这一点，张涛了如指掌。

“虽说是‘新人’，但经得起千锤百炼！”在发射塔架前，张涛比划着尽可能通俗地讲明白长征七号的“独门功夫”——

不怕水。现役火箭发射选择窗口时都会避开雷雨天，而长征七号运载火箭则能实现中雨发射，这是因为新一代运载火箭是做了“防水”设计的。“仅电连接器防水部位就有千余处，这还不包含电缆本体、电缆进出口、仪器本体、仪器与结构缝隙和结构总体专业防水。”张涛说。

不怕冷。长征七号发射前加注完液氧后，火箭结构温度会急速下降。因为存贮液氧的火箭贮箱外表面有一层10毫米厚的密度极低的绝热材料，长征七号好比披上了一件“防寒服”，尽管液氧温度低至零下183℃，但是火箭外表面温度依然可以保持在0℃以上。

不怕风。与其他3个内陆发射场相比，海南文昌航天发射场的特点之一便是风大——距地面五六十米高的地方风速要远高于地面风速。为提升抗风能力，长征七号装上了“防风减载装置”，即使遇到8级大风的天气，依旧可以转场，其抗风能力超过现役火箭。

不怕等。那天合练，长征七号运载火箭低温燃料加注后成功停放了24小时，创下了低温燃料停放时间最长纪录。这也意味着火箭发射有了更多有利时间，发射的可靠性大大提高。

不怕扰。长征七号复杂的结构，给火箭的“大脑”控制系统带来了全新挑战。长征七号控制系统创新采用了143项智能控制软件，为现役火箭软件使用量的30倍以上，大大提高了控制精确度。另外，在每个舱段中都安装了控制系统，改变了以往集中处理的方式，减轻了控制系统压力。“这也标志着我国火箭控制系统已向全面数字化控制模式发展。长征七号未来成熟后将成为新一代载人火箭，用于发射新一代载人飞船。”张涛说。

千锤百炼的本领，源自千锤百炼的试验。据统计，仅初样研制，研制队伍就完成了32项关键技术攻关，完成了289项初样大型地面试验。

你能想到吗，长征七号的助推氧化剂箱最薄的地方仅有1.7毫米，只有鸡蛋壳那么厚，是火箭研制生产中难度最大的部分之一。为此，科学家们不仅要研发各种成形、焊接的新技术，还要对其进行动力系统试车、常温静力试验、爆破试验等危险测试。

你能想到吗，为了模拟火箭从起飞到助推器分离前100多秒的真实飞行状态，需要把长征七号绑在全箭振动塔上反复“荡秋千”。

置身全箭振动塔，当初用来悬挂长征七号的16根粗钢丝绳，仍悬垂在这个高93米、面积达10230平方米的建筑内。

那是长征七号在地球上的“摇篮”。而今，它带着在摇篮里的所有“记忆”，义无反顾地投进了宇宙的怀抱。让我们祝福这位长征家族的“新人”！

它的一小步，是中国航天的一大步

与长征七号密切接触的这段日子，记者有幸目睹了它迈出的每一步，可谓步步精彩，步步意味深长。

第一步：坐着“沙发”去文昌。众所周知，长征七号是从天津海运到文昌的。“海运是目前火箭运输方式中，最理想的选择。”航天科技集团一院长征七号运载火箭总体设计人员王旭形象地说，“火箭走公路、铁路，就像坐‘硬板床’；乘船走海运，就好似坐‘沙发’。”从天津港到文昌清澜港，这一步的背后，是我国航天发射“原点”的划时代位移。从此，我国航天发射迎来一个崭新的起点。

第二步：带着“脐带塔”走向发射塔。垂直转场那天，紧紧包裹长征七号的巨型活动塔架格外引人注意。“这是为长征七号专门设计的脐带塔。”长征七号地面设备副主任设计师吴梦强说，它的两侧装有6根摆杆，内部铺设有加注、供气、空调管路和箭上众多控制电缆，以及配气台和中频电源房间，因此它的结构及组成是最复杂的，这也意味着我国运载火箭的研制技术又迈出了一大步。”这一步的背后，也是垂直总装、垂直测试、垂直转场“三垂”测发模式的巨大变革，火箭待在发射阵地的测试时间从此变得更短。

第三步：成功迈出太空第一步。海南文昌航天发射场指挥控制中心，口令声和报告声此起彼伏。长征七号成功将六类七项载荷成功送入预定轨道的喜讯传来，指控大厅内欢呼一片。

“它的一小步，是中国航天的一大步。”这一步，标志着我国在载人航天工程和新一代运载火箭研制中取得了重大突破，对于完善我国运载火箭型谱、提升进入空间能力具有重大意义。

长征七号，梦想载体。在长征七号发射平台的一间配气室里，几名工程师和操作手畅想着未来：“很期盼发射货运飞船”“希望长征七号早日托举载人航天器”……当被问及参加长征七号第一次发射的感受，他们七嘴八舌地说：空间站、载人登月、火星舱、深孔探测器，未来，这里的“第一次”只会越来越多！

长征七号，任重道远。“‘长七’，长期，长征！”此言不虚。在航天科技集团一院长征七号运载火箭副总指挥张涛看来，长征七号所开启的时代有多壮丽，它的使命就有多光荣。完成此次首飞任务，长征七号很快将承担中国首个空间货运飞船——天舟一号的发射，在不远的未来，它还将承担中国航天多种类型的发射任务。

这是我国在役主力火箭的“接班人”，更是我国未来航天发射任务的“主力军”。张涛对长征七号寄予厚望：作为我国新一代中型运载火箭的基本构型，通过改型或与上面级组合，长征七号运载能力将覆盖大多数主流卫星所需的运载能力，面向主流卫星市场，适应面更宽。

说到这里，他指了指工作服臂上的图案说：“你看，这是长征七号火箭在环绕地球，寓意长征七号誉满全球、走向世界！”