院士：中国新一代模块化运载火箭将领先欧美(图)

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原题：航天工业“中国心”——访运载火箭发动机专家朱森元院士

按照上述两个模块原则，新研制的两种发动机和芯级与现有的火箭发动机和芯级进行组合，其载荷可以涵盖10吨以下、10吨、20吨、30吨和40吨，实现了运载能力的跨度最大。

“而根据未来空间站的需要，未来大型运载火箭的标准型载荷为25吨，并且可以扩展至40吨，完全超过了欧洲的‘阿里亚娜’Ⅴ和美国的‘德尔塔’Ⅳ，使我国在大运载能力火箭研制方面走在世界前列”。

由于现有的三个发射场都地处内陆，高纬度对火箭的推力消耗很大，所以在海南省建立新的航天发射场，能够满足未来我国探月以及空间探测的发射需要。

从1961年学成回国并开始参加科研工作一直到今天，他整整在航天工业运载火箭领域默默工作了45年，这几乎与我国航天工业历史相当。从最初参与研制液体火箭发动机，到后来领导研制液氧火箭发动机，到论证和参与今天大推力运载火箭发动机的研制，他的科研生涯可以说就是中国运载火箭的发展史。从刚过而立之年的血气方刚，到今天年逾古稀以至白发苍苍，他见证了中国运载火箭技术从弱到强，乃至成长为世界一流航天大国的全过程。流逝的是岁月，永存的是对祖国科研事业的无限忠诚，他就是朱森元院士，一个为中国航天工业助推加力的人。

“运载火箭技术是航天工业的基础”

朱森元院士1936年10月生于江苏溧阳县，1949年考入国立南京大学工学院航空系学习。1952年三年级时被派去苏联留学，1957年在莫斯科汽车机械工程学院毕业后转为莫斯科包曼高等工程学院（现国立莫斯科科技大学）研究生，1960年获副博士学位。采访过程中，朱森元院士一再强调“运载火箭技术是一个国家航天工业的基础，如果运载火箭无法实现自主研发和制造，那么航天工业便无从谈起”。20世纪60年代初，我国的运载火箭发动机开始从仿制走向自行设计，所以面临许多亟待解决的理论和工程问题，因此1961年5月朱森元刚从苏联学成回国便被委以重任，开始了液体火箭发动机的研制攻关工作。“众所周知，运载火箭大多由弹道导弹发展而来的，我们国家也不例外。在弹道导弹方面，当时国家制定了明确的三步走发展战略，即研制一代，预研一代，规划一代”，明晰的发展战略，也是我国航天工业不断前进的重要因素。“在当时的情况下，我们没有任何外来的技术支援，所有的弹道导弹和运载火箭都是我们自力更生搞出来的”，说到这些，朱森元院士满脸的自豪。而在那种艰苦的条件下，科研方面能够不断地出成果，并且培养了大批的人才，在他看来，就是当时“非常重视基础性研究，各方面的基础研究工作做好了，等到型号任务一来，马上就可以迅速展开。因为在型号研究过程中，往往会出现一些共性的问题，这些共性的问题就形成了一个规模性的课题，针对该课题进行攻关，其成功对以后同类研究工作就具有指导意义。”

在参与两弹结合运载火箭主发动机研制的过程中，有一个问题一直困扰着当时的科研人员，那就是当时火箭发动机所用燃料的燃烧温度很高，很容易烧蚀发动机燃烧室壁或烧损发动机喷口。而经过调查发现，当时几个型号的研制过程中都曾出现过这个问题，因此如何冷却推力室成了一个必须马上解决的共性问题。在这种情况下，朱森元按照上级指示，组织并领导了“沸腾冷却的极限临界热流研究”和“沸腾冷却的超临界热流研究”两个课题组。经过近三年的研究和试验，朱森元和他的团队成功完成了超临界换热的设计原则和临界热流计算方法的研究，此后这些设计原则和计算方法都成功地应用于液体火箭发动机的再生冷却方案设计中。朱森元院士在接受采访还多次强调，“在科研工作中，一定要有自己的观点，要勇于尝试，更不能迷信国外的技术”。说到这里，朱森元院士还讲到了一件趣事，1984年他到法国参观“阿里亚娜”火箭制造时发现，为了解决火箭发动机喷口烧损问题，法国人竟“别出心裁”地为发动机喷口设计了水冷系统，一个环形的喷水系统套在发动机喷口根部，不停地向其喷水以达到冷却的作用。由此可见，当时欧洲还没有解决推力室冷却问题，而我们的一些研究，已经走在了世界的前列。

我国在1964年开始新型号方案论证时，发现美国“大力神”Ⅱ导弹使用的推进剂为四氧化二氮和混肼-50（偏二甲肼和无水肼各50％），但混肼-50使用起来很不方便，它必须在接到命令前临时混合才能使用，但是它的性能还可以。当时国内就对新型号要不要采用混肼-50展开了激烈的争论。朱森元和他的同伴们在试验中发现偏二甲肼的性能并不亚于混肼-50，并且在超过临界压力时，偏二甲肼的性能更稳定，最后建议偏二甲肼可以作燃料，不一定要搞混肼-50，混肼-50含有无水肼，在管道清洗中无水肼只要遇到非常微量的铁元素，就会催化、分解、爆炸。因此用混肼-50这种燃料，操作人员的安全都很难得到保证。根据自己的研究结果，我们最终确定选用偏二甲肼，“长征”系列火箭的推进剂就是这样研究出来的。“基础性的东西一旦研制成功，为型号的开路创造了条件，也可少走弯路”。

“我们的新型大推力运载火箭，总体技术水平和性能都要优于欧美同类产品”

航天工业作为一个国家综合国力的重要体现，一直都是欧美、日本等国家技术发展的重点领域，特别是近10年来，这些国家将太空领域看成了综合国力新的增长源，把夺取空间优势作为航天领域的首要任务，以确保其航天大国地位。在这种战略的指导下，这些国家纷纷加大了对运载火箭技术的投资，加快研制新型大推力运载火箭，预计在今后的5年里，世界上将有一批大推力运载火箭投入市场，这些都将对我国运载火箭的国际地位形成严峻挑战。

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同世界先进国家相比，我国的运载火箭技术还存在着诸多不足，包括火箭型号偏多，型谱重叠，火箭发射准备周期长，以及缺少大运载能力等，这些问题不解决，必将严重影响我国未来的航天发展战略。而要从根本上解决这些问题，最好的方法就是发展新型大推力运载火箭。

1987年，朱森元开始从事863计划中的航天高技术发展战略研究工作，负责大型运载火箭的论证、发展和研究。在担任火箭发动机和大型运载火箭专家组组长期间，朱森元提出了我国新一代运载火箭的发展战略，他提出“我国新一代运载火箭，必须是低成本、高可靠、无污染、模块化研制、积木式发展的”建议，并结合国内的各种条件，对此进行了方案计算和分析。当时国家对新型运载火箭有一个要求：新一代大运载火箭低轨道的运载能力要达到20吨载荷。朱森元通过组织专家讨论，制定出一个原则：今后的新一代火箭“要花最少的研制经费获得运载能力跨度最大”，这就是模块化、积木式发展所要实现的目标。朱森元提出的建议得到了国家有关部门的高度重视，在经过论证和完善后，最终称为我国新一代运载火箭发展的基本原则。

“根据模块化的研制、积木式发展的原则，如何确定火箭的模块是一个很麻烦的问题”，2001年我国新一代大推力运载火箭研制计划正式立项，而朱森元院士和他的同事们要解决的问题就是“火箭的模块如何定，用什么原则定”。 最后通过对各种方案进行筛选，专家组确定了两条原则，“一是以火箭发动机推力来确定模块，这包括两个模块，一个是助推模块，推力为120吨力（正负20吨），采用液氧煤油发动机；一个是箭身模块，推力为50～70吨力（地面推力50吨，太空推力70吨，正负20吨），采用液氢液氧发动机”，而另一个原则就是“以火箭箭身直径为模块，包括2.25米、3.35米和5米箭身模块”。“之所以采用上述两个模块原则，就是为了少花钱多办事，并且可以最大限度地利用现有的技术”。因为按照上述的模块原则，在现有产品的技术上，我们只需要研制120吨液氧煤油火箭发动机，50吨液氢液氧发动机即可，而箭身方面，只需要研制5米直径的芯级即可，其他的都是现成的。然后按照不同的发射任务需要，各种模块可以象积木一样进行组合，“总的组合方案超过1000种，可以满足我国所有的航天发射任务”。

按照上述两个模块原则，新研制的两种发动机和芯级与现有的火箭发动机和芯级进行组合，其载荷可以涵盖10吨以下、10吨、20吨、30吨和40吨，实现了运载能力的跨度最大。

“而根据未来空间站的需要，未来大型运载火箭的标准型载荷为25吨，并且可以扩展至40吨，完全超过了欧洲的‘阿里亚娜’Ⅴ和美国的‘德尔塔’Ⅳ，使我国在大运载能力火箭研制方面走在世界前列”。自2001年立项以来，两种大推力火箭发动机的研制工作进展的非常顺利，现在两种火箭发动机试验样机已完成了各种点火试验，包括500秒燃烧试验等，“预计在2007年底到2008年，新的大推力火箭发动机就可以交付使用”。未来大推力运载火箭不但可以用于空间试验室和探月工程，还可以积极参与国际商业发射竞争，新一代大运载火箭标准型用来发射同步定点卫星，由于其运载能力强，可以实现一箭多星发射。
采访中，朱森元院士还多次提出航天工业是一个系统工程，配合大运载火箭的研制，我们国家也要选择和建设新的航天发射场，而最理想的地点就是海南省。由于现有的三个发射场都地处内陆，高纬度对火箭的推力消耗很大，所以在海南省建立新的航天发射场，能够满足未来我国探月以及空间探测的发射需要。

“航天工业的成长，需要团队的力量，而不是一个人”

作为一名行业里的卓越专家，在我国火箭发动机的各个历史发展时期，各个关键的转折点上，都能看到朱森元院士的身影。然而当看到他的时候，本刊记者还是被他身上的那种卓识、淡泊、平静、朴素所感动。在谈到他所取得的成就时，朱森元院士一再强调团队的作用，“人才的培养是事业成长的关键，团队的成长是事业成功的保证”。“航天工业是我国综合实力的一个标志，也是现代文明的一个标志，航天事业不仅仅能带动国民经济的发展，增强经济实力，增强国防实力，同时也能推动社会进步，增强民族自信心，增强民族凝聚力，能够为祖国的航天事业贡献力量，是一生的骄傲”。

1970年8月，刚刚从北大荒调回北京研究所的朱森元被指定为氢氧火箭发动机的研究室负责人。当时的条件真的可以用一清二白来形容，许多关键技术还没有突破，国外的技术支持更不可能，一切只能靠自己解决。“文革”期间，液体火箭发动机研究所绝大部分都迁到了陕西秦岭的大山里。北京仅留下一个工作组，力量十分薄弱。在当时，氢氧发动机作为一种新型发动机，大家对其认识很有限。甚至对于液氢和液氧的特点，都要从头学起。朱森元作为氢氧发动机研究室负责人，手下有23个人员供调配。但在当时，这些人多数不是被认为政治上“有问题”，就是身体不太好。本来氢氧发动机就是白手起家的高难项目，偏偏是这样一群“老弱病残”去啃这块硬骨头，当时的困难可想而知。然而就是在这种条件下，朱森元和他领导的研究组吃住都在工厂，有了问题随时解决，1975年1月，由他组织研制的氢氧发动机试车成功，这标志着我国第一台泵压式液氢液氧火箭发动机正式诞生。70年代后期，朱森元负责研制长征三号运载火箭第三级液氢液氧火箭发动机，不仅要攻克许多液氢超低温技术的关键，而且要攻克失重条件下空中二次启动发动机的重大关键难题。1984年长征三号运载火箭成功地发射了我国第一颗地球同步定点转移轨道的通信卫星，从而我国成为世界上第二个掌握空中二次启动技术的国家。1990年4月7日长征三号火箭首次成功地将美国休斯公司制造的地球同步定点通信卫星送入轨道，从此开始了我国运载火箭进入国际发射市场，这其间都凝聚了朱森元和他的同事们的无数心血。

在氢氧火箭发动机的研制过程中，科研上的困难可谓是一个接着一个，其中超低温液氢高速轴承作为一个关键性的部件，如何攻克这个难关成了整个研制计划的转折点。根据国外资料分析，为了保证轴承保持架工作的稳定，要遵循内环引导的原则。然而在实际中一试验，这招就不灵了，不是保持架碎裂，就是滚珠烧伤。经过仔细分析，朱森元怀疑国外资料上的内环引导原则是错误的。他做了个试验，反着来，将超低温的液氢从外环引导到内环去，这下滚珠冷却改善了，再也没有被烧伤过。后来据了解，当初他们看到的国外资料在该国也不是最终的确定方案。从此，我国氢氧发动机使用的液氢高速滚珠轴承都采取了外引导保持架方案。采访中，谈起当年的艰苦，朱森元院士非常平淡，也非常豁达。“其实在搞氢氧火箭发动机预研的那几年里，我背着很大的压力，除了要参与科研之外，下工厂期间还被扣着再教育的帽子，还要经常参与政治学习。”即使在这种情况下，朱森元院士想得最多的仍然是火箭发动机的研制，他最担心的是无法完成国家交给的任务。现在谈起来，朱森元院士很动情地告诉记者，对于能够在逆境中为人民作出一点成绩，这让他很感慨，这也证明他没有虚度年华，那段岁月中的艰难困苦在淡淡的一句话中都化作云淡风轻。

采访其间，时有前来拜访和向朱森元院士请教的人，对于别人的要求，他都慷慨地答应，其间你丝毫看不出这是一位76岁高龄的老人。谈起我国航天事业的未来发展，朱院士说出了自己的良好祝愿，也提出了自己的建议，他希望任何时候都要重视基础研究工作，而基础研究要围绕提高火箭运载效率这个中心；其次要抓好技术的集成和创新，航天工业主要是技术集成，集成创新，才能够推动整个航天工业的不断进步。



格林尼治时间2002年8月28日22时45分（北京时间29日凌晨6时45分），在法属圭亚那库鲁航天发射中心内一枚载有两颗卫星的阿丽亚娜5型运载火箭顺利点火升空，火箭飞至第28分钟时第一颗卫星与火箭成功分离，大约8分钟后第二颗卫星随之分离。两颗卫星分别是意大利阿莱尼亚航空航天公司研制的“大西洋鸟1号”商业通信卫星和法国阿尔卡特空间公司研制的“第二代气象卫星1号”气象卫星，它们分属于欧洲通信卫星公司和欧洲气象卫星组织。两颗卫星的发射总质量大约4720千克。

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此次是欧洲阿丽亚娜系列运载火箭自从1979年首次发射以来的第154次发射，同时也是阿丽亚娜5型运载火箭的第13次发射。
阿丽亚娜5型运载火箭由欧洲空间局开发研制，是目前世界上运载能力最大的商用运载火箭，它为近年来欧洲在国际商业卫星发射市场中占据领先地位立下了汗马功劳。然而，与美国和前苏联等早期的世界航天技术大国相比，欧洲的运载火箭研制计划起步较晚。
众所周知，人类历史上的第一枚现代运载火箭是在1957年10月由前苏联发射成功的，它把世界上第一颗人造地球卫星送入了太空，从此为人类发展航天运输和空间应用技术开创了先河，并奠定了坚实的基础。而欧洲虽然在二战期间，由德国研制了著名的V-2火箭，它被公认为是后来人类现代运载火箭和洲际弹道导弹发展的雏形。但二战结束后，德国作为战败国，这项技术不仅被迫搁置，而且美国还从德国掠走了大量的火箭部件和技术设计人员，从而壮大了本国的火箭技术开发实力。由于历史政治原因，欧洲一直没有大规模发展航天运输技术，直到1973年7月31日欧洲空间局成立时才结束了这种局面。
1973年12月，欧洲空间局的11个成员国（现在已发展到15个国家）开始联合投资研制阿丽亚娜1型运载火箭，这是一种液体三子级运载火箭，研制工作历时6年时间，投资费用大约10亿美元（1988年币值）。1979年12月，第一枚阿丽亚娜1型运载火箭首次亮相，并圆满完成了第一次试飞任务，1981年正式投入商用。自此，欧洲的运载火箭技术获得了快速发展。特别是进入20世纪80年代以后，由于商业通信卫星技术的迅猛发展及其大量应用，推动了运载火箭的不断发展。卫星操作商希望在通信卫星上安装更多的有效载荷，从而提供更多的通信功能，这导致运载火箭必须具备更高的运载能力。
就运载火箭的运载能力而言，80年代至90年代初国际商业卫星发射市场呈现了供不应求的局面。为此，欧空局又在阿丽亚娜1型运载火箭基础上陆续研制了阿丽亚娜2型、阿丽亚娜3型、阿丽亚娜4型和阿丽亚娜5型运载火箭，从而使阿丽亚娜系列运载火箭的地球同步转移轨道运载能力从最初的1850千克增加到6500千克。
与其他国家运载火箭的不同之处在于，阿丽亚娜系列运载火箭主要用于发射商业有效载荷。由于不断出现性能更高的新型阿丽亚娜运载火箭，因而进入90年代之前，为了减少性能接近的火箭型号，欧洲空间局先后停止生产了阿丽亚娜1、2、3型等几种火箭，只保留了阿丽亚娜4型和阿丽亚娜5型运载火箭。自从90年代初至今，它们为欧洲竞争国际商业卫星发射市场提供了保障，特别是1999年阿丽亚娜5型运载火箭正式投入商用以后，更加巩固了欧洲商用运载火箭强国的地位。
阿丽亚娜4型运载火箭的研制开始于1982年，其研制费用大约6.5亿欧洲货币单位，包括6种不同的子型号，各型号之间的主要区别是捆绑不同数量的助推器，其地球同步转移轨道运载能力介于1900~4400千克之间。1988年6月15日，第一枚阿丽亚娜4型运载火箭试飞成功，此后转入正式的商业发射，它成为了欧洲未来10年内最主要的商用运载火箭。至今，阿丽亚娜4型运载火箭已完成了113次发射，而自从1995年3月以来获得了77次连续发射不败的战绩。从运载火箭技术方面讲，阿丽亚娜4型运载火箭在当时保持了相当高的水平，特别是它采用了以液氢液氧作为发动机推进剂低温上面级，这种技术后来在其他国家的运载火箭上得到了广泛应用。
阿丽亚娜5型运载火箭是90年代由欧洲率先研制成功的世界上第一个“少级数、大直径”的大型运载火箭。1987年11月，欧洲空间局部长级会议正式批准研制阿丽亚娜5型大型运载火箭。次年1月，计划正式实施。原计划1995年4月和10月分别进行两次鉴定发射，随后投入商用。后因研制进度和财政等原因，计划被迫推迟。1996年6月4日，终于进行了第一次鉴定发射，但不幸遭遇失败，这在世界上产生了重大影响。从1987年确定计划直到1996年首次鉴定飞行以来，阿丽亚娜5型运载火箭计划历时8年多时间，研制费用高达80亿美元以上。虽然首次发射不幸失败，但为以后的研制工作积累了丰富的经验。1997年10月30日，阿丽亚娜5型运载火箭进行第二次鉴定发射时，终于获得成功。
1998年10月28日，第三次鉴定发射任务成功后，正式投入商用。至今，阿丽亚娜5型运载火箭已完成了10次商业发射任务，其中9次成功。2001年7月12日，第七枚商用阿丽亚娜5型运载火箭进行双星发射时，由于上面级发动机不稳定燃烧导致卫星进入了比预定轨道低很多的无用轨道。这是阿丽亚娜5型运载火箭正式投入使用以后第一次遇到故障，为此，欧洲空间局停止了2001年阿丽亚娜5型运载火箭的其他发射任务，并成立了专门的故障调查小组对故障原因进行调查，2002年3月再次恢复发射。
在技术方面，与以前的火箭相比，阿丽亚娜5型运载火箭具有很大的突破。
首先，它采用了“少级数、大直径”的箭体结构，芯级采用5米大直径，箭体采用两级，这样可以有效增加运载火箭内部零部件的部署空间，降低火箭的纵横比，从而提高火箭的结构可靠性。
其次，一子级采用一台液体氢氧火箭主发动机，由于火箭级数和主发动机数量减少，使运载火箭的分离控制得到简化，从而增加了运载火箭的系统可靠性；此外，由于采用无毒、无污染推进剂，也有利于环保。
第三，研制大直径整流罩和多种灵活的多星发射支架，使阿丽亚娜5型运载火箭具有良好的多星发射环境。
阿丽亚娜5型运载火箭是目前世界上运载能力最大的商用运载火箭。当进行单星发射任务时，它可以把6500千克的有效载荷送入地球同步转移轨道，而进行双星发射任务时，可以把6000千克的有效载荷送入相同的轨道。由于目前世界上最大的商业通信卫星质量不超过在5.5吨，而大部分商业通信卫星的质量介于2.5~4吨之间，因而阿丽亚娜5型运载火箭不仅具有发射世界上最大的高轨道商业通信卫星的能力，还具有一箭发射两颗较大高轨道卫星的能力，这样可以大大降低用户的发射成本。
阿丽亚娜系列运载火箭的发射服务业务由阿丽亚娜空间公司负责，该公司成立于1980年3月，总部位于法国，是一间私营股份公司，股东包括法国、德国、英国、爱尔兰、意大利、荷兰、西班牙、瑞典和瑞士等国家的空间技术研究机构或公司，其中法国持有最多的股份。它专门负责经营并发射阿丽亚娜系列运载火箭。90年代以来，阿丽亚娜空间公司凭借阿丽亚娜5型运载火箭无与伦比的性能优势，在整个的国际商业卫星发射市场中占据了几乎一半的市场份额，成为了名副其实的世界顶级商用运载火箭经销商。然而，据相关资料报道，首批阿丽亚娜5型运载火箭的平均发射价格为1.5亿美元/枚，这样的价格显然有些过于昂贵。
为此，欧洲空间局又在1995年召开的部长级会议上提出研制阿丽亚娜5型改进型运载火箭。改进的目的是：一方面，继续提高阿丽亚娜运载火箭的运载能力；另一方面，大幅降低发射成本。
阿丽亚娜5型改进型火箭的改进点主要集中在以下两个方面：(1)改进现有的一子级主发动机，使其具有更高的推力；(2)改进或重新研制新的上面级，从而形成系列化的阿丽亚娜5型运载火箭。
改进后，阿丽亚娜5型运载火箭将由4种型号组成（包括现有的普通型）。欧洲空间局原计划2002年春季发射第一枚改进型阿丽亚娜5型运载火箭，但由于研制进度问题，发射时间已被推迟到下半年。即将发射的新型阿丽亚娜5型运载火箭命名为“阿丽亚娜5ECA”，它除使用了改进的一子级外，还使用了在阿丽亚娜4型运载火箭三子级基础上改进而成的新型低温上面级，经过改进后，它的地球同步转移轨道运载能力提高到8吨（单星）。而运载能力最大的阿丽亚娜5型改进型计划2005年或2006年发射，它的上面级发动机将采用先进的膨胀循环技术。改进后，地球同步转移轨道运载能力将提高到12吨（单星）。2002年第一种改进型阿丽亚娜5型运载火箭投入使用后，欧洲空间局将停止生产旧的阿丽亚娜4型运载火箭。
在过去十年里，阿丽亚娜系列运载火箭不仅在激烈的国际商业卫星发射市场竞争中获得了巨大的成功，并且推动了人类现代运载火箭技术的发展。同时，也带动其他航天大国开发研制了新一代运载火箭。如上个世纪90年代中期，美国、俄罗斯和日本分别研制了“德尔它4”、“宇宙神5”、“安加拉”和“H-2A”系列运载火箭，由于这些运载火箭全部采用了“系列化、标准化、模块化”的设计方案，并且由于引入了高性能发动机等，不仅使其具有了与阿丽亚娜5型运载火箭相当的运载能力，还使生产成本大幅降低。这些运载火箭将在本世纪初陆续发射成功，并在未来两三年里形成一定的生产规模。大批新型运载火箭涌入国际航天发射市场后，必将对未来的市场格局产生重大影响，阿丽亚娜5型运载火箭的竞争优势也必将受到影响。赵颖 中国运载火箭技术研究院19所

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大好事！！！

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另外一个角度拍摄的。

zrossini

中国，加油，
脚踏实地，一步一个脚印走下去