四代航天人接力!中國火箭如何一步步走向世界前列?

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2025 年 5 月 30 日,中國航天科普大使、中國科學院國家空間科學中心研究員周炳紅在 2025 科普中國說 530 科技工作者日特別場“跨越時光的科研接力”帶來演講《問鼎星河:解碼中國火箭的太空征途》,回顧了中國火箭從無到有、從弱到強的發展歷程。


以下是周炳紅的演講節選:


人類對浩瀚宇宙的探索永無止境。未來,我們將建造巨型的低軌衛星星座、在月球建立科研基地、開發小行星資源、甚至建造大型空間站,發展太空工業……這一切目標的實現,都離不開火箭技術的支撐,因爲只有火箭才能幫助我們擺脫地球引力的束縛,邁向深邃的太空。


圖片來源於周炳紅PPT


火箭技術不僅肩負着探索太空的使命,也是維護國家安全的重要保障。以東風-31 、東風-41 和東風五號爲代表的戰略導彈,與運載火箭技術同根同源。事實上,現代火箭技術正是在導彈技術的基礎上逐步發展而來的。


我國火箭技術是如何從零起步,逐步發展到如今的先進水平?


中國火箭的太空征程——

從導彈起步


我國的火箭發展經歷了四代人的努力。第一代人是從無到有,完成了篳路藍縷的奠基工作。


20 世紀 50 至 60 年代,我國開始發展現代導彈技術,成立了首個導彈與火箭研究機構——國防部第五研究院(簡稱“五院”),由著名科學家錢學森擔任首任院長。如今的中國運載火箭技術研究院,正是當年五院的第一分院。


圖片來源於周炳紅PPT


我國最早的導彈試驗場位於東風航天城,也就是今天大家所熟知的酒泉衛星發射中心。這裏曾經是一片荒涼的戈壁灘,條件極爲艱苦。當年,第一代航天人住帳篷、背土豆,克服重重困難,在這片戈壁灘上建起了東風航天城。如今,這裏已煥然一新,成爲一座綠樹成蔭、環境優美的現代化小城。


20 世紀 60 年代,我國在東風四號導彈的基礎上,成功研製出首枚運載火箭——長征一號,並將重達 173 公斤的“東方紅一號”衛星送入太空。長征一號採用兩級液體火箭加第三級固體火箭的結構,箭體最大直徑爲 2.25 米,標誌着我國實現了從導彈技術向航天運載火箭的跨越。


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進入 70 年代,我國火箭技術進一步發展,在東風五號導彈基礎上研製出了長征二號運載火箭。這是一種兩級液體火箭,箭體直徑增至 3.35 米,近地軌道運載能力由原先的數百公斤提升至 1.8 噸,提升了近 5 倍。


到了 80 年代,爲了滿足發射地球靜止軌道(約 36000 公里高)通信衛星的需求,我國在長征二號基礎上增加一級高性能氫氧液體火箭,形成了長征三號運載火箭。這一改進顯著提高了火箭的運載能力和任務適應性。


90 年代,我國繼續提升火箭性能,通過橫向捆綁助推器的形式,成功研製出長征二號 E、長征二號 F 和長征三號乙等型號,大幅地增加了運載能力,這時候近地軌道的運載能力達到了 10 噸左右。


此外,我國還成功研製併發射了載人運載火箭。將人類送入太空是一項極具挑戰性的任務,截至目前,全球僅有美國、俄羅斯和中國三個國傢俱備獨立實施載人航天飛行的能力。與美國的航天飛機不同,我國的載人運載火箭頂部裝有一個外形尖銳的裝置。這個裝置實際上相當粗壯,高度接近 8 米,是一枚小型固體火箭,被稱爲“逃逸塔”。


由於目前世界上沒有任何一種火箭能夠達到百分之百的可靠性,我們無法完全消除所有風險。即便是世界上最先進的火箭,其成功率也只能達到 98%~99%左右。這意味着,如果進行一萬次發射,可能會有 100 次出現故障。比如美國的航天飛機,在 130 多次飛行任務中,曾發生過兩次嚴重事故,導致兩架航天飛機爆炸,共 14 名航天員不幸遇難。


而我國的載人運載火箭由於配備了逃逸塔,即使在發射過程中出現故障,也能最大限度保障航天員的生命安全。2018 年,俄羅斯在一次載人發射中,火箭就曾出現故障,正是依靠逃逸塔,才成功將兩名航天員安全送回地面。


圖片來源於周炳紅PPT


新一代運載火箭的崛起


進入 21 世紀,這一階段,我國啓動了“嫦娥工程”,推進月球探測任務,同時開展了新一代運載火箭的研發,主要包括長征五號、長征六號、長征七號和長征八號等型號。


新一代運載火箭具備很多新的特點:首先,發動機最大推力從過去的 80 噸提升至 120 噸;其次,推進劑由早期的常規推進劑以及東風系列液體導彈所使用的有劇毒的四氧化二氮/偏二甲肼,更換爲更加環保的液氧煤油和液氫液氧;此外,火箭貯箱的最大直徑也由原來的 3.35 米增加到 5 米。


圖片來源於周炳紅PPT


由於箭體尺寸增大,這些新型火箭已無法通過鐵路運輸至西北內陸的發射場,因此需要經由海運送往海南文昌,並在那裏建設了全新的發射基地。新一代火箭的近地軌道運載能力提升至約 25 噸,能夠滿足發射大型空間站艙段的需求,爲我國“天宮”空間站的快速建設提供了有力支撐。


未來的太空探索計劃


當前及未來數年,我國航天事業的目標是要實現載人登月以及可重複使用的運載火箭。根據規劃,我們將在 2030 年左右將中國的航天員送上月球。


我國的新一代載人運載火箭以長征五號爲基礎,採用三枚直徑 5 米的火箭並聯起飛,起飛重量將超過 2000 噸,近地軌道運載能力可達約 70 噸,是長征五號的近 3 倍,其地月轉移軌道運載能力約爲 27 噸,這樣就可以實現分兩次發射,將登月用的 4 個艙段發到環繞月球的軌道,航天員將乘坐着陸器登陸月球表面,工作幾天後,再返回環月軌道與等待的返回艙對接,最終返回地球。


我們未來要更多地進入太空,就需要降低火箭的成本。目前我國使用的火箭多爲一次性設計,成本較高,全國已有近 10 家火箭企業正在積極研發可重複使用火箭技術,但尚未進入實際應用階段。預計在今年下半年以及未來兩年的時間,我國將有多個可重複使用火箭陸續開展試驗性首飛。


我國也提出了未來的重複使用火箭技術的發展路線圖。首先,將推進空天飛機的研發,有可能在幾十年以後,我們可以真的像坐飛機一樣進入太空,並飛回地面了。我們還要建設中國的月球科研站,按計劃,明年將發射嫦娥七號探測器,未來還將發射嫦娥八號,首先到月球的南極地區探索那裏的水冰資源及其他可利用的本地資源。到嫦娥八號的時候,將初步建成月球科研站的基本型。在此基礎上,我國還將積極聯合世界各國,共同推進月球科研站的後續建設與運營。


圖片來源於周炳紅PPT


此外,我國還將持續推進深空探測任務,實施“天問”系列探測計劃。目前,我國已成功發射首次火星探測任務“天問一號”,並順利將“祝融號”火星車送上火星表面。


未來幾年,我國還有望成爲全球首個實現火星樣本返回的國家。通過對火星實際樣本的深入分析,科學家將能夠更深入地研究太陽系的起源和演化等諸多科學問題。


而更加宏偉的目標,正等待着年輕一代的參與與實現。未來,中國探測器將飛向太陽系邊緣,抵達木星、天王星乃至更遙遠的深空。要實現這些壯舉,我國必須持續推動新一代火箭技術的突破與發展。



策劃製作

演講人丨周炳紅 中國航天科普大使、中國科學院國家空間科學中心研究員

責編丨楊雅萍

審校丨徐來、林林

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