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長征七號系列火箭
中国的运载火箭系列 来自维基百科，自由的百科全书
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長征七號系列火箭，原名長征二號F換髮型運載火箭，簡稱長二F換（CZ-2F/H），綽號「冰箭」[4]，是由中國航天科技集團公司研製的新一代中型液體燃料運載火箭系列[5]，為長征系列運載火箭的下屬一個分系列。該系列的首個運載火箭型號「長征七號運載火箭」於2016年6月25日完成首飛。
在設計之初，作為長征二號F運載火箭的升級和迭代品，長征七號及其改型就曾被計畫用作中國新一代中型運載火箭的基本型號，並在未來承擔中國70%左右的航太發射任務量[6]。此外，長征七號系列亦被設計在中國空間站工程中進行常態任務，其基本型將作為天舟系列貨運飛船的主要發射手段在太空站貨運任務中起到核心作用。
自2020年起，除長征七號的基礎型之外，該系列還新增了長征七號甲火箭這一改進型，兩者之間最大的不同之處在於長征七號甲增加了改進自長征三號乙三節火箭的氫氧第三級，使之在發射高軌道載荷方面較前者更具有優勢。
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歷史
長征七號項目始於2008年，由中國航天的傳統研製單位——中國運載火箭技術研究院（CALT）組建研發團隊[7]。在引進RD-120技術並成功研製YF-100和YF-115引擎後，計畫對長征二號F型火箭進行引擎替換，改進後的火箭代號為「長征二號F/H」，將把原先長二F火箭的四氧化二氮/偏二甲肼推進劑更換為液氧/煤油，並通過升級大推力引擎以提升運力性能。但推進劑的更換引發了一系列連鎖技術調整，顯著增加了項目複雜度[8]。
與此同時，原規劃中的長征五號系列本應包含小型、中型和大型火箭三種構型。鑑於長征二號F/H與原中型長征五號火箭存在顯著的運力重疊，決策層決定將兩個項目合併。並融合長征二號F型經飛行驗證的高可靠性技術，與為長征五號研發的全新技術體系研製新型火箭，將小型、中型從作為大型火箭的長征五號系列中獨立出去，催生了長征六號與七號系列[8]。
雖然研製時間相近，但長征六號實為由上海航太技術研究院的年輕團隊獨立研製的全新產品。除貯箱直徑和引擎與推進技術外，其與長征五號、七號共性有限，運載能力恰好填補了中型的長征七號與輕型的長征十一號之間的市場空白[9]。
2010年，該項目正式更名為長征七號。據航太科技集團一院長征七號運載火箭副總指揮張濤介紹，研製過程需要突破11項重大關鍵技術。創新不僅體現在產品層面，更貫穿於研製流程本身[10][11]；項目總指揮王小軍則稱，這是中國首次實現全流程三維數位化研製，從計算機輔助設計（CAD）到計算機輔助製造（CAM）形成完整數字鏈條[12]。
2016年6月25日UTC12時許，長征七號系列的基本型火箭在文昌太空發射場2號發射工位成功完成首飛。此次任務採用了配備首飛亮相的遠征一號甲上層級的長征七號構型，成功完成了多軌道部署任務[13]。
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設計
長征七號系列作為新一代火箭家族的中型運載型號，與重型運載火箭系列長征五號、中小型貨運火箭系列長征六號共同構成體系化梯隊。該型火箭以高可靠性、經過載人飛行驗證的長征二號F型為基礎架構，繼承了3.35公尺直徑芯級與2.25公尺直徑液體推進器的成熟設計，但全面換裝新型引擎。相較於早期長征二號系列使用的昂貴且危險的四氧化二氮/偏二甲肼推進劑（俗稱「毒發」），長征七號採用液氧/煤油環保推進劑，其引擎與長征五號、六號實現技術共享。該系列旨在構建更具經濟性和安全性的運載體系，逐步替代現役長征二號並最終取代長征三號系列[14]。其700 km（430 mi）太陽同步軌道（SSO）運載能力可達5,500公斤（12,100磅）[15]。
長征七號延續了項目分離前原長征五號系列的模組化設計理念：其一子級與長征五號的推進器模組通用，雖與長征六號共享貯箱直徑和引擎技術，但研發體系則完全相互獨立。長征五號、七號由中國運載火箭技術研究院（CALT）研製，長征六號則由上海航太技術研究院（SAST）承擔，兩個火箭型號之間就連航電系統也存在顯著差異[9]。
基礎型長征七號可通過調整推進器數量實現性能優化，或加裝上層級以拓展任務適應性。這種模組化設計支持多軌道部署、高軌直射等複雜任務，運載能力實現動態調節：近地軌道（LEO）覆蓋4,000公斤（8,800磅）—13,500公斤（29,800磅），太陽同步軌道（SSO）覆蓋2,000公斤（4,400磅）—8,000公斤（18,000磅），地球同步轉移軌道（GTO）覆蓋4,000公斤（8,800磅）—7,000公斤（15,000磅）[16][17]。
長征七號的構型理論上可支持0個/2個/4個液氧煤油推進器的配置[18]。每個推進器上的單台YF-100富氧分級燃燒引擎可提供海平面1,200 kN（270,000 lbf）或真空1,340 kN（300,000 lbf）的推力，比衝則分別為300秒（海平面）與335秒（真空）。各推進器配備單軸向量推力控制系統，需通過特殊設計的聯合控制算法協調全箭引擎噴嘴動作[15][18]。其2.25公尺（7英尺5英寸）直徑延續長征二/三號系列規格，但因YF-100引擎推力遠超YF-20/YF-25系列，故推進器長度增至27公尺（89英尺），較傳統型號提升近一倍[18] 。
2016年7月27日，長征七號首飛火箭的推進器在再入大氣層時產生了火流星現象，在美國猶他州、內華達州、科羅拉多州、愛達荷州和加利福尼亞州等多地可見。該事件經社交媒體廣泛傳播，其重達五公噸左右的箭體無控再入被認為是航太領域的罕見案例[19]。
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採用3.35公尺（11.0英尺）直徑液氧煤油貯箱，配置兩台YF-100引擎。與推進器動力同源，但引擎具備雙軸擺動能力[18]。該模組與長征五號系列的推進器模組通用，直徑設計兼顧鐵路運輸限制，可在中國所有太空發射場執行任務。這一點與長征五號所使用的5公尺（16英尺）直徑芯級必須依賴海運的情況形成鮮明對比[15]。雖與長征六號一子級共享直徑和引擎，但兩者為獨立研發成果[9]。
同樣採用3.35公尺（11.0英尺）直徑液氧煤油貯箱，配備四台YF-115富氧分級燃燒引擎。其中兩台固定安裝，兩台具備雙軸擺動功能[18]。真空推力706 kN（159,000 lbf），比衝達341.5 s（3.349 km/s）[15]。儘管與長征六號二子級使用同款引擎，但分屬不同團隊獨立研製[9]。
配備遠征一號甲上層級的長征七號火箭可有效提升高軌道任務的運載能力，並具備多次點火功能。該構型尤其適合支持太陽同步軌道的直接入軌任務[20]，事實上，長征七號系列的首飛任務即成功實現了多載荷的異軌部署[16]。
通過加裝高性能的液氫/液氧火箭級，結合文昌發射場的低緯度地理優勢，長征七號的地球同步轉移軌道（GTO）運載能力將提升至4,000公斤（8,800磅）—7,000公斤（15,000磅）。這較當時中國運力最強的長征三號乙火箭提升約25%，但仍低於長征五號的運載能力[16]。此項改進已通過長征七號甲實現：該型號於2020年3月首飛，在基礎型的兩級構型之上增加了類似於長三乙的液氫液氧三子級。
根據2013年公布的系列化方案，還曾規劃過採用通用氫氧級的構型，方案中未明確提及其將被作為二級或是其他級數，但無論何種情況（二級或是三級），兩者均擬採用YF-75或YF-75D氫氧引擎[18]。
2013年版的同系列方案中還提出了配備2公尺（6英尺7英寸）直徑固體推進器的經濟適用型方案，旨在為較小的載荷提供低成本發射選項[18]。
長征七號副總師宋征宇在首飛後指出，此次任務成功驗證了全國產化航電系統。研製團隊聯合中國國內的工業部門共同開發了航太級雙核可程式邏輯控制器，其實時作業系統也屬自主研製。該系統採用分布式架構設計，兼具擴展性與容錯能力。這套航電體系將作為後續多數型號的開發基礎，且在設計階段已預留可重複使用考量[21]。
2013年版方案
在中國載人航天工程辦公室主辦的《載人太空飛行》期刊上發表的一篇論文中，長征七號被系統性地闡述為一個完整的運載火箭系列[18]。其中各型號火箭由兩個數字加可變字母代碼以及 CZ-7 的前綴而編碼，形式為「CZ-7##」：首位數字代表芯級數量（2級或3級），次位數字代表推進器數量（0/2/4個），若採用固體推進器則以後綴「S」標識。論文還提出可採用液氫液氧推進劑搭配雙YF-75引擎的二子級方案，並在代號後附加「(HO)」予以區分。若配置上層級（後確認為遠征一號甲），則通過附加「/SM」標識[18]。
例如，首飛型號代號為「CZ-724/SM」分別代表2級液氧煤油芯級+4台液體推進器+遠征一號甲上層級；CZ-720構型為2級液氧煤油芯級且無推進器；CZ-724S(HO)構型為液氧煤油一子級+液氫液氧二子級+4台固體推進器；CZ-732構型為2級液氧煤油芯級+液氫液氧三子級+2台液體推進器。該論文同時還公布了部分構型的預估運載性能參數[18]。
該論文還詳細列出了各子級的推進劑選項。值得注意的是，無推進器構型中的液氧/煤油二子級僅使用兩台YF-115引擎，而非常規的四台。可能意味著該構型中的上層級要麼更小，要麼採用了燃料貯箱未完全加注的「減載」設計。
現役子型號
長征七號基礎型是該系列火箭的最初構型，也是第一個發射並投入使用的型號。該型號由四個推進器和兩節火箭構成，主要用於發射天舟貨運飛船以為中國空間站定期提供貨物補給服務，在必要時也可採用上層級以在高軌道任務中提升其運載能力。長征七號基礎型於2016年6月25日成功完成首飛，截至2025年11月4日，該型火箭的歷次發射皆獲圓滿成功。
自2020年起，長征七號基礎型（兩級構型）迎來了其增強型號——長征七號甲（CZ-7A）。該型號在保留基礎型的推進器及前兩子級基礎上，增加了一個採用兩台低溫YF-75液氫液氧引擎的第三子級；值得注意的是，這一三子級技術繼承自長征三號乙運載火箭。（從技術構型上看，長征七號甲與2013年最初提出的CZ-73X系列方案頗為相似，可參考前文說明）。
長征七號甲的首次飛行任務於2020年3月16日協調世界時13時34分，在海南文昌太空發射場執行。但在發射約兩小時後，官方新聞機構宣布此次發射任務失敗，卻並未立即說明故障原因。儘管當時中國正採取嚴格措施防控新冠病毒的傳播，該箭的首次發射準備工作在發射前數周仍持續進行[22]。至2021年，有外界觀察人士根據百度貼吧等平台上未經證實的消息推測，首飛失利的原因可能是在一級主引擎關機、箭體即將分離前（約飛行至168秒時），四個推進器中的一個出現了失壓故障[23]。
2021年3月11日，第二枚長征七號甲火箭在文昌成功發射[24]。據中國航天科技集團有限公司（CASC）介紹，此次運載的試驗九號衛星主要用於開展空間環境監測等新技術在軌驗證任務[25]。
發射記錄
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- 發射結果
1
2
3
4
5
2016
2020
2025
- 失利
- 部分失利
- 成功
- 計畫
- 火箭構型
1
2
3
4
5
2016
2020
2025
- 七號
- 七號甲
注釋
參考文獻
參見
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