第500期【齐悦读—线上共读—透视新科技】“齐悦读”[线上共读] 《新型火箭》
讲座题目：透视新科技——新型火箭
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：汪小卫，中国运载火箭技术研究院、运载火箭总体设计师。
李 扬，中国运载火箭技术研究院、运载火箭总体设计师。
讲座时间：2023年10月16日～10月22日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——新型火箭
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目，我是主持人胜春。随着我国空间站核心舱的成功发射，那接下来还有多次火箭发射，这里面包括有运货的，还有载人的。说到这儿，运货的和载人的火箭有什么不同呢？欢迎各位走进我们今天的节目，长征五号B运载火箭将空间站“天和”核心舱，成功送入预定轨道后，中国空间站将迎来高密度发射期。中国空间站由“天和”核心舱、“问天”实验舱和“梦天”实验舱三个舱段构成。规模为60吨级，在轨运行期间由神舟载人飞船提供乘员运输，由天舟货运飞船提供补给支持。空间站设计寿命十年，额定成员三人，乘组轮换期间短期可达六人，未来可以根据发展需求在轨扩大空间站的规模。并将向国际社会开放合作，提供全球共享的空间应用平台。“天和”核心舱成功入轨后，长征运载火箭后续将相继完成，包括两个实验舱、四艘货运飞船以及四艘载人飞船的发射任务。这么多重量级任务，除了火箭中的“超级明星”长征五号系列，还有哪些火箭会共同出征，为世人带来一场航天盛宴。
首先，我们还是给大家介绍一下今天请来的两位嘉宾，第一位是中国运载火箭技术研究院运载火箭总体设计师汪小卫。您好！另一位是中国运载火箭技术研究院的运载火箭总体设计师李扬，欢迎您！您好！我们说到“天和”核心舱入轨之后，那实验舱和航天员也将陆续进入太空。这些任务是不是也由长征五号B来完成呢？我国载人空间站它是一个比较大规模的在轨的空间站，它在轨需要在轨组装来完成，这个就需要我们的长征系列运载火箭来进行组合式发射，我们这个载人空间站，包括有核心舱，还有两个实验舱，还有载货飞船和载人飞船。这些舱段和飞船，对这个火箭的运送，它要求是不一样的，所以需要来组合发射。咱们空间站的这个核心舱和实验舱，它的规模都达到了20吨级，然后直径也都非常大。这个只能用我们长五B，这么大型的整流罩来进行发射。发射完了舱段之后，咱们就要考虑运货和运人，运货就是使用我们的长征七号运载火箭发射。比方说天舟号这个货运飞船，运人来讲，咱们现在是采用是长二F运载火箭，来运送神舟飞船和航天员来进出空间站。
为什么运货就用长七，运人就用长二F？因为载人火箭和载货火箭还是有些不同的，载人火箭主要是要考虑航天员的安全性和舒适性，像我们现在我国唯一的一个载人火箭就是长二F。它既有可靠性的设计指标，还有安全性的设计指标，它这个安全性设计指标是0.997，还是很高的。它为了保证这个安全性，它有故障检测系统，还增加了逃逸系统。这个逃逸系统我们从外观上来看，我们可以看到我们的长二F火箭，它顶部有一个像避雷针一样的逃逸塔。这个逃逸塔它就是在火箭起飞前，和起飞后的一段时间内，如果发生了任何危险，它就可以带着宇航员离开现场，避免危险。然后，我们这个载人火箭，它在一些总体设计过程中，它为了考虑到航天员的存在，它还要减少飞行过载，还有一些振动的抑制，这些都是为了保证航天员的存在安全性和舒适性的要求，这些都跟载货火箭是有区别的。我国到目前为止，已经实施了六次载人飞行，一共将14人次航天员送入过太空，并且安全返回。
随着我们技术在不断向前发展，我国目前也在开展新一代载人飞船和新一代载人运载火箭的研制。新一代载人飞船它就规模更大，它一次可以运送六到七名航天员进入空间站。我们当时还记得杨利伟，第一次从返回舱里走出来时，激动人心的一刻，那时候只有一个人，现在居然六到七名都可以了。所以像新一代载人飞船这么大的规模，就已经超出了长二F运载火箭的能力范围，我们就有必要去采用，更高安全性，更高可靠性，还有更高性能的新一代载人运载火箭来完成。相信大家在不久的将来，就可以看到。说到这个话题，我们再来看一下我们记者之前编辑的短片。火箭的外形长什么样，是由执行什么样的发射任务来决定的。以长征二号F火箭为例，由于分工不同，长二F火箭就衍生出两种形态。T系列和Y系列，其中T系列运货，Y系列载人，熟悉它们的人从外形上一下子就能分辨出来。相比运货的T系列火箭，载人的“Y”系列火箭最大的不同是多了逃逸系统，也就是逃逸塔。逃逸塔是载人火箭的独有设计，位于长二F火箭顶部，高约8米。它的作用是在火箭冲出大气层时，一旦出现意外，帮助航天员脱离险境，保证他们的生命安全。执行运货任务的T系列火箭顶部是圆的，那是火箭的整流罩，整流罩有圆形和圆锥形等结构。主要用来保护卫星及其他有效载荷，减少空气阻力和发射过程中的脉动压力。
那这次发射是选择在了海南的文昌，我们火箭发射对发射地还有什么特殊的要求吗？就是我们航天发射选择发射场，也考虑多种因素，包括它的地理位置。包括它的安全性，包括它的交通条件，还包括它的气候条件，这些都是对火箭发射有影响的。现在我国有四个航天发射场，有最早建成的，我们的酒泉卫星发射场，有我们的西昌发射场，还有太原发射场，包括刚才您说的海南文昌发射场，一共四个发射场，坐落在不同的位置。酒泉发射场它是我国最早建成的，它处于甘肃和内蒙古自治区交界的地方。我们国家的载人飞船都是从这起飞的，西昌卫星发射场是处于四川省境内，它纬度较低一些，而且它的海拔相对较高，所以它能够利用地形的优势和地球自转的优势来节约火箭的燃料，我国的北斗卫星导航系统，都是从那发射的。太原卫星发射场是在山西省境内，我国的像对地观测的这些卫星都是从那发射的，包括我们的气象卫星，海洋卫星，还有遥感卫星都是那发射的。文昌主要是发射我国的新的运载火箭中长征七号七号系列，长征五号系列和长征八号，它由于水路海运可以运输大直径的，陆路没法运输的，在海南文昌发射场。
我国的海南文昌发射场，也是最新建成的大型综合性的发射中心，它选择在文昌有三个优势，第一个就是它的纬度比较低，这样我们就可以利用地球自转的速度，来增加火箭的运载能力。第二个因为它建在海边，所以它就有利于我们这个大型的运载火箭，甚至重型的运载火箭的海上水路运输。第三个因为它三面环海，所以这样的话火箭的残骸就可以直接落入海中，这样就更安全。海南文昌发射场的首次投入使用，是在2016年6月25日，当时是长七的首飞，当时我们就很荣幸我也在现场。因为当时我们叫双首飞，海南文昌发射场的首次投入使用和长征七号的首次飞行都是在这一天。说到这我们来看一看中国运载火箭这些年，对于飞向太空的探索。曾经嫦娥奔月只停留在神话里，到火星去也只是遥不可及的梦想。2020年12月17日，“嫦娥五号”月球探测器经历23天的太空之旅。怀揣取自月球的土壤，稳稳降落在预定着陆区域，创造了5项“中国首次”，也是人类时隔40多年后，再次完成从月球采样返回的壮举。2020年7月23日，我国首个火星探测器成功发射，并顺利实现环绕火星飞行，我国深空探测迈出崭新的一步。从月球探测到火星探测，我国空间探测能力持续增强，火箭研制工程坚持自主创新，突破了大尺寸整流罩分离技术、大直径舱箭连接分离技术、大推力直接入轨偏差精确控制技术等多项关键核心技术，运载能力达到世界一流水平。面对更深更广的浩瀚宇宙，中国的运载火箭怎样才能飞得更远？
除了空间站的建设，大家的关注点还有探月工程，火星探测，还有深空探测等等，这些对火箭都有什么不同的要求吗？后续我们国家还将开展探月工程四期。还有月球的科研站的建设等等这一系列任务，这时候我们进入轨道的这个能力，就远远超出了现在咱们所看到的这个范围。到时候我们进入奔月轨道的能力，可能就不是10吨级了，那可能是20吨级甚至30吨级，这样就需要用我们具有更强大运载能力的重型运载火箭来出场。刚才两位提到了一个新的概念，叫重型火箭，那什么是重型火箭？它的用途又是什么？重型运载火箭，这个主要是从它的运载能力来划分的，我们一般把运载火箭分成小型、中型、大型和重型四类。从运载能力严格的来划分的话，国际上还没有一个严格的划分的一个定量的标准，但一般来说的话，我们把近地轨道运载能力，两吨及以下称为小型运载火箭，两吨到20吨称为中型运载火箭，20吨到50吨称为大型运载火箭。50吨以上的近地轨道运载能力，就称为重型运载火箭了，但是重型运载火箭，它并不是一个新鲜的事物。
美国在上世纪六七十年代，用于载人登月用的土星五号运载火箭，包括苏联，当年研制的“N－1”和“能源号”运载火箭，都是重型运载火箭。像这个土星五号运载火箭，它的高度有110米，接近40层楼的高度。它的起飞重量有约3000吨，它能够把110吨的有效载荷送入近地轨道。像当前这个世界上也有很多（正在研制的）重型运载火箭，比方说美国的SLS太空发射系统，它的近地轨道的运载能力是130吨，还有像超重星舰，近地轨道的运载能力是100吨以上，像我们国家自己也在攻关重型运载火箭。重型运载火箭的近地轨道的运载能力是140吨，预计将在2030年前后首飞，届时将为我们国家的载人月球探测，还有月球基地建设等等一系列任务发挥重大的作用。火箭之父齐奥尔科夫斯基曾经说过，地球是人类的摇篮，但是人类不会永远躺在这个摇篮里，我们探测更远的行星。我们将人类的脚印踏上月球和火星，这都需要（运载能力）更大的运载火箭。可以说运载火箭的能力有多大，航天的舞台就有多大。就是举个例子，我们同一型火箭如果在近地轨道上，可以运送上去一列火车专列。那么到了月球轨道，我们就只能运上去一辆大客车了，到了火星轨道就只能运上一辆家用小汽车了，所以这样的话，以我们去进行载人的火星探测为例，咱们的近地轨道地球出发规模高达几百吨到上千吨。这么大的规模，就只能用重型运载火箭来进行运输。我们通过短片来看一下。
目前，我国运载能力最强的火箭是长征五号。它的近地轨道运载能力达到25吨，而为了满足未来深空探测以及探月工程的需求，火箭的能力要更强。这对火箭来说并不是简单的一加一等于二，而是需要一款全新的运载工具。中国正在全力推进长征九号重型运载火箭的研发，以满足未来载人登月探测、火星取样返回、太阳系行星探测等多种深空探测任务。近地轨道运载能力140吨的长征九号，将让中国火箭运载能力在大火箭长征五号的基础上提高四到五倍，让完成更加复杂的空间任务成为可能。我们知道，为了人类飞向更远的深空，这火箭肯定是要不停更新换代，这个状况是什么呀？确实火箭是需要不停更新换代的，我国现在已经成功研制并首飞了，我国的新一代运载火箭。这个新一代运载火箭，就包括刚才说的长五系列运载火箭，还有长六、长七系列和长八，以及长十一这些新的运载火箭，具有较高的性能以及还有它是绿色环保的一些特征。我们正在实施，我国运载火箭的更新换代。就是采用新一代运载火箭，来代替采用有毒推进剂的这些运载火箭。我国新一代的这些运载火箭呢，未来还将在较长一段时间内作为我国的主力运载火箭。我们也会在不断实施，我国新一代运载火箭的性能的提升，也就是我们要不断地去使我们的火箭的能力更强，可靠性更高，成本更低，效率更高，这个确实需要我们航天人不断创新，不断突破。我们看看相关的短片。
2020年10月26日，我国在西昌卫星发射中心用长征二号丙运载火箭，以“一箭四星”的方式，成功将遥感30号3颗卫星和天启星座06星送入预定轨道。此外，“智慧火箭”相关技术也同时进行了首次飞行验证。2020年12月22日，面向我国未来可重复利用的运载火箭长征八号成功发射，引发国内外广泛关注。长征八号运载火箭后续将采用可回收式设计，以实现芯一级和助推器的回收，可以极大减少火箭的发射成本，同时还能够大大缩短发射周期。什么是会学习的“智慧火箭”？可重复使用的火箭安全吗？火箭怎样做到像飞机一样航班化？刚才我们在看短片的过程当中，还提到了说重复使用。火箭也能够回收利用吗？是的，火箭是可以回收利用的，但是当前我国的火箭，还是一次性的还不能（回收）利用。这个火箭的回收利用，一直都是国际航天界的研究热点，像美国的SpaceX公司（太空探索技术公司），Flacon-9（猎鹰）火箭，它的火箭的一级，包括整流罩，还有它的Flacon-9（猎鹰）助推器，都是可以回收利用的，而且它的单模块实现了9次的重复利用。
我国也正在攻关火箭的回收利用技术，我相信在不久的将来，我国的运载火箭，就能够实现回收利用，大家将会看到随着重复使用的实现成本将会不断降低，甚至可以走进平常老百姓家都有可能。它这个安全性和舒适性、可靠性都会不断提高，慢慢地话走向像飞机一样航班化的运营。未来我们国家航天事业的不断发展，像两位提到了航班化，普通人有可能乘坐我们的载人火箭登上太空。这个是绝对有可能的。现在我们正在论证航班化航天运输系统，正在论证这个工作，也在做一些关键技术初步攻关。我们现在论证的这个航班化航天运输系统，包括有三个部分。第一个部分就是我们希望未来能实现一小时之内，或者一小时左右，我们能实现全球的抵达，就是说现在我们坐飞机要坐长途旅行的话，要去趟纽约也得十几个小时，那未来我一个小时就能抵达。然后我们的舒适性也还可以，就像以前从北京到上海坐绿皮火车，慢速火车十几个小时，现在四个小时就能到达。这个的话就是有很大的一个提高，未来随着我们国家的发展，这个需求还是很大的。
还有一个第二类，就是您说的能进入太空并回来，天地往返，其实这个天地往返的工作，现在是有的。就是有一些人，他花几千万美元去空间站旅游一下，包括我们国家的载人空间站，未来也会有这种业务，但是这个现在价格比较贵，未来随着我们这个重复使用技术，还有智能化技术。还有一些新型动力技术不断突破，实现像飞机一样的天地往返之后，这个成本会不断降低，假如哪天成本降低到我们老百姓能接受的程度，那我们每个人都可以报名去天上去玩一玩。这也是对航天事业的一种补充。对。这是第二种，第三种就是我们要去月球，要去火星，要去一些小行星，要去更远的深空去逛一逛的话，或者我们要去采矿的话，我们还有一个空间转移的运输系统。就是除了天地往返，还有可以去空间大范围到处逛一逛，这个就是空间转移的航班化。比方说是这个地球轨道到月球轨道，从月球轨道到火星轨道，这个轨道间我们都可以实现一个常态化的一个航班化运营，就是光想一想都觉得很激情澎湃。听您介绍的时候，就感觉简直就像在说地铁站之间的关系。
对，像那个时候我们确实是可以以更合理的一个价格，来实现航班化的一个航天运输系统。这个时候我们可以想象一下，比方说你不只可以打个“飞的”去欧洲吃个早餐，你也可以打个“火的”去月球上度个小长假。希望我们能够等到那天的到来，早晨起来之后收拾好行装，中午到月球上喝杯咖啡，然后再回来。刚才咱们聊到了这个智能化的一个概念，因为我们现在也提出了智慧火箭的概念。什么叫智慧火箭呢？就让火箭更聪明，能够飞得更好。这个智慧化意味着更敏锐的感官，就是这个箭上可以自主地感知、处理、融合，各种复杂的信息。另外智慧火箭，还意味着更智慧的大脑，就是箭上可以自主地决策处理各种情况，比方说各种不确定情况下的一些突发的问题。这个智慧火箭还意味着更健壮的四肢，就是针对我们有可能出现的动力系统或者伺服系统的故障，可以实现控制重构，所以未来更进一步还可能具有自主学习的能力。通过对以前的一些飞行经验，箭上经过自主学习，可以实现我们的飞行可靠性和任务适应性的一个大幅度跨越式提升。我们记者编辑了一段短片，我们去看一下。
2006年9月，伊朗女乘客阿奴什·安萨里在自己40岁生日的当天，搭乘俄罗斯“联盟号”宇宙飞船飞往距离地球354千米的国际空间站，成为全球首位女性太空游客。2021年还将有两名太空游客搭乘“联盟号”飞船飞往太空。随着载人航天技术的发展，越来越多的人能够飞向太空，而科学家们计划走得更远，离开地球轨道，将人类送入太空永久定居。为了摆脱地球的巨大引力，需要更加强大的火箭才能将星际飞船送入太空。未来的火箭将使用什么燃料？除了火箭，还有哪些技术能够实现人们进入太空的梦想？随着我们科技能力的不断提升，未来我们可能会开发利用太空的资源，对运载火箭它的动力要求肯定会越来越高。在这一方面我们在技术上做了哪些准备，现在我们确实正在论证和研究这种包括地月空间的资源，大规模的开发和利用。包括我们未来的载人火星的任务，我们也正在开展前期的一些论证工作，太空资源的开发和利用，是有巨大价值的。就比如说月球上有大量的氦－3资源，氦－3资源是一种非常清洁的核聚变燃料。这个资源在地球上是非常少的，它基本上没有什么污染，氦－3这个资源，如果说可以开发利用的话，它可以够地球上用一万年。然后还包括我们除了月球上的很多宝贵的资源之外，国际上还发现了很多小行星，有大量的矿产资源，它这个矿产资源，打个比喻就是我们前几年，发现了有几颗小行星。
它是全金属的小行星，其中有一个小行星，它全是由铂金组成的，还有的是由镍组成的。就这些小行星，每一个小行星的全部的价值，超过了地球上所有的财富。就说如果能能够去太空采矿，去利用这些资源，将会对地球，对人类未来的发展，造福人类产生重大的影响。但这块如果要真正要大规模去进行开采的话，利用的话，对我们的火箭，我们现在叫航天运输系统，就是您刚说的运输，就是又提出了越来越高的要求。就包括我们要把能力做得更大，把我们的成本要降下来，把我们的可靠性、安全性要提高上去。为了人类飞向更远的深空，这火箭肯定是要不停的更新换代，这个状况是什么样的呢？随着咱们进一步探索太空，咱们执行的任务飞行的时间更长，距离也更远。那么现有的这个化学的推进剂，就不一定能满足需要了。核能是和化学推进剂完全不同的一个能源，它是利用核能加热工质来推进整个运载器。核能可以说是代表了我们未来航天运输的一个非常重要的一个发展方向，它是一种颠覆性的一个变革性的能源。核动力。核动力，所以刚才咱们介绍的都是化学动力的运载器，那么核动力的运载器它的特点体现在哪呢？
核动力的比冲非常高，它可以达到现有的化学推进剂最高比冲的两倍以上，也就是说如果我们要去到火星轨道，我们可以携带有效载荷，比现在至少要多两倍以上。动力更强，重量更轻。对，可以携带的有效物资就更多、更丰富。像我们未来如果人类想探索火星甚至更远，甚至飞出太阳系，就像我们一些科幻小说里面说的星际航行的话，可能就要用到这种能源了，而不是现在普通的化学的这种能源。其实除了核能方向，我们航天运输这边，还是有很多新的方向。就包括有一些科幻小说也提到了天梯、电磁的推射，这些其实我们也在做一些前期的初步研究，这些新的一些颠覆性的一些航天运输技术。如果哪天能够实现的话，将革命性地推动我们人类技术的发展，太空探索的脚步。通过两位的介绍，我们对未来充满了期待，过去我们说的航空航天，跟普通人总是有一定的距离，比较高，比较远，未来可能随着科技的发展，跟人会越来越近，我们离航天也是咫尺之间。感谢两位今天再次做客我们的《透视新科技》的演播室当中，也感谢您收看我们这一期的节目。如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频去收看过往的节目，我是胜春，今天的节目就到这儿了，咱们下期节目再见。
（通讯员 邓辉）
