东方红一号卫星发射 50 周年，一说起东方红，你们会想到什么？ 第1页

“东方红一号卫星”的成功发射，意味着中国航天事业真正的起点，时光荏苒，至今已50年矣。50年来，筚路蓝缕的中国航天人将无数卫星送上太空，把英雄航天员送上轨道，也让玉兔在月宫悠然漫步。回顾下来，这究竟是一条怎样的飞天之路？我们都用了怎样的火箭来实现这些非凡的目标？

在第5个中国航天日，请与我们一起回顾这不平凡的“中国飞天50年”。

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。

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长征三号乙首发，箭体姿态出现异常，图片来源@Internet Archive

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。

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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。

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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。

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“正确的结果，是从大量错误中得出来的”——引自“中国航天之父”钱学森

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。

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这是一条怎样的升级之路？未来又将如何呢？

01、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。

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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。

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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击。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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升级后的新一代火箭一共有两种，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”。

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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。

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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。

02、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。

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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。

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但要抵达地球静止轨道却并非易事，卫星须用“多级跳”的方式，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上入轨定位。

这意味着，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，但此时人们却面临着两种艰难的选择。

其一，是以长征二号丙为基础，在第三级使用全新的低温推进剂“液氢+液氧”，替换传统的常温推进剂。新推进剂的推进效率再次增强，但发动机技术难度更高，液氢温度低于-253℃又易燃易爆，因此从发动机技术到燃料的贮存、运输、加注，一切都要从零开始。

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其二，则是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，风险更低、把握更大。

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！”——引自任新民，参考中国运载火箭技术研究院《天穹神箭》

此一言掷地有声，而自此约10年后，成功扛起我国地球静止轨道卫星发射大旗的，便是采取第一套方案，第三级使用“液氢+液氧”推进剂的长征三号（CZ-3）。

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其第三级的推进剂贮箱，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），更首次将我国卫星送入前往月球的必经之路，地月转移轨道。

从此，在中国航天史上开启了嫦娥时代。

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与此同时，仍使用传统常温推进剂的另一套加级方案也在同步进行，这便是长征四号系列（CZ-4A、CZ-4B、CZ-4C），它们是发射太阳同步轨道卫星的主力军。

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这又是一类特殊的轨道，其轨道平面可绕地轴旋转，且旋转周期与地球公转周期一致，因此每当卫星经过同一地点上空时，总能保持相同的日照条件，极其适合气象、地面观测。

但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。

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因此，当1988年9月7日，长征四号甲载着第一颗风云一号气象卫星成功进入高约900公里、倾角99°的太阳同步轨道时，便受到了国内外的高度关注，我国依靠国外气象卫星数据的时代也正式宣告终结。

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至此，我国中型运载火箭的近地轨道载荷已达到约6吨。然而若要在未来实现载人航天，载荷需求至少将有近8吨，但此时单芯级火箭的起飞推力几乎是加无可加，这该如何是好呢？

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答案便是横向捆绑。

例如，以长征二号丙为基础，纵向上适当加长以增加推进剂储量，横向上则“捆绑”4个较小的火箭，每个高15.3米、直径2.25米，是为“助推器”。起飞时，4个中间芯级发动机和4个助推器发动机共8个发动机共同点火，场面蔚为壮观。

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这便是最早登场的捆绑式火箭，长征二号捆（CZ-2E），其起飞推力可达到长征二号丙的2倍，近地轨道载荷达到约9.5吨，而它从开始研制到首次发射仅仅只用了18个月。

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不过，真正实现了中国载人航天梦想的，则是大名鼎鼎的长征二号F（CZ-2F）。

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它的形态十分独特，相比长征二号捆，在整流罩顶部增加了一顶尖尖的“帽子”，人称“逃逸塔”。

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这是一个安全保障装置，从起飞前15分钟至起飞后的120秒内，一旦火箭出现意外，逃逸发动机便可立即点火，带着飞船的轨道舱与返回舱迅速与箭体分离，帮助宇航员脱离危险，堪称是一座“生命之塔”。

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包括逃逸塔在内的救生系统，加上主控制系统的备份，以及故障自动检测系统三管齐下，令长征二号F的设计可靠性从长征二号捆的0.91增长至0.97（最高为1）。

而它也不负众望，在2003年10月15日，将中国第一位航天员杨利伟安全送入太空，令我国成为全球第三个成功发射载人飞船的国家。

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在服役的21年里，长征二号F可谓战功赫赫，从神舟1号-11号到天宫1号-2号，共计发射5次无人飞船、6次载人飞船，及2次空间实验室，至今仍保持着100%的发射成功率，是名副其实的"神箭”。

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长征二号系列均为两级火箭，而如若在长征三号甲的基础上加长、捆绑，便可形成三级捆绑火箭长征三号乙（CZ-3B）、长征三号丙（CZ-3C）。

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尤其是长征三号乙，作为捆绑4个助推器的三级火箭，在近20年间都是中国运载火箭的“顶配”，其近地轨道载荷首次突破10吨大关达到约11.5吨。几乎是以一箭之力成为我国中高轨道发射的绝对主力。

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更成功发射嫦娥三号、嫦娥四号，筑就了中国的登月天梯。

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然而，正所谓

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“当中国的运载火箭从连续成功的惊喜中醒来时，它面对的将是4个强大的对手。”——引自《神箭凌霄：长征系列火箭的发展历程》

到了21世纪初，美国、欧洲、俄罗斯的商用大型火箭纷纷亮相，有的运载能力可达到长征三号乙的2倍之多，且更加安全清洁、部署迅速、成本低廉。相较之下，当时的中国运载火箭几乎方方面面都相形见绌。

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一次全方位升级迫在眉睫。

推进剂上，使用了近40年的“偏二甲肼+四氧化二氮”将被逐步舍弃，转而采用“煤油+液氧“的组合，其燃烧后产生二氧化碳和水，不仅全程无毒无污染，且成本大幅降低。

发动机也随着推进剂的改变而升级，推进效率可再提高约15%。

助推器则高达惊人的近27米，是此前所有型号助推器的近2倍。

这便是长征七号（CZ-7）。

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它的近地轨道载荷约14吨，足以发射重约13吨的天舟一号货运飞船，将在中国的“空间站时代”中扮演至关重要的角色。

未来，它还将逐步接替长征二号、三号、四号系列的使命，承担我国约80%的发射任务，成为支撑中国航天梦想的中流砥柱。

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至此，我国的中型运载火箭已全部登场，若要发射超过20吨的近地轨道载荷，就必须指望下一代选手了。

03、大型火箭的博弈

2014年10月，海南文昌卫星发射场建成，其纬度更低、更接近赤道，可充分利用地球自转速度，提高火箭的运载效率，且在发射地球静止轨道卫星时，还可减少火箭变轨和飞行距离。与酒泉发射场相比，卫星入轨定点的质量可提高16.3%-18.5%。

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另一方面，它是中国首个沿海发射基地，东南方向1000千米内几乎都是海洋，保证了残骸坠落的安全性。

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但更重要的是，自此以后，火箭部件可通过海运运输，彻底摆脱3.35米直径的铁路运输限制。

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至此万事俱备，中国第一枚大型运载火箭长征五号（CZ-5）横空出世。作为两级火箭，它却高达近57米，相当于一座近20层的高楼，几乎与现有的三级火箭不相上下。且中间芯级直径由3.35米增加至5米，4个助推器直径由2.25米增至3.35米，是名副其实的“庞然大物”，人送外号“胖五”。

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此外，相较于长征七号，其中间芯级完全改用“液氢+液氧”的低温推进剂，并配置全新的发动机，助推器的发动机数量也翻倍至8个之多，起飞时，共计10个发动机将同时点火喷射，起飞推力增加约50%，近地轨道载荷可达到约25吨。

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这是中国迄今为止起飞质量最大、芯级直径最粗、运载能力最强的火箭，仅次于美国猎鹰重型运载火箭、德尔塔-4重型运载火箭，在世界现役火箭阵营中位列第三

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2016年11月3日，第一枚长征五号在万众瞩目下首飞成功，并首次利用运载火箭将卫星直接送入地球静止轨道。而在未来的30年甚至更长的岁月里，它还将见证月球探测、火星探测、太阳轨道太空望远镜等深空探测任务中，更多历史性的时刻

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但超级火箭的梦想并未在此终结。纵观世界航天，有史以来运载能力最强的火箭，是美国的土星5号，它的近地轨道载荷高达140吨。从1967年起，便为阿波罗计划保驾护航，其记录至今无人超越。

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而经过数十年马不停蹄地追赶，预计在2028-2030年，中国的重型火箭终于将应运而生。长征九号，它的总长将超过百米，芯级直径则接近10米，是“胖五”的2倍，近地轨道载荷更将突破100吨。

即便只在脑海中想象，也足以震撼人心。

届时，它将扛起中国载人登月、火星取样返回、甚至太阳系外探测等更加艰巨的任务。

04、漫漫征途

50年来，中国运载火箭队伍日益壮大，大火箭规模蒸蒸日上，小火箭同样百花齐放。

长征六号（CZ-6）可利用简易发射架快速发射，曾创造“一箭20星”的发射记录。

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长征十一号（CZ-11）长度减小至约20米，直径减小至2米，可直接在海上平台进行发射。

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