长征七号A首飞：旧瓶装新酒，同步轨道走
出品：科普中国
制作：长征⑨号团队
监制：中国科学院计算机网络信息中心
2016年6月，新一代中型液体燃料运载火箭长征七号首飞成功，并于2017年4月成功将天舟一号货运飞船送入太空。此前，在《长征七号，走你》（http://www.kepu.net.cn/ydrhcz/ydrhcz_zpzs/ydrh_2016/201606/t20160625_471318）一文中，笔者就提到，长征七号具有将载荷送入地球同步转移轨道（GTO）的能力。历经四年多，长征七号A型千呼万唤始出来。
2021年3月12日，中国文昌航天发射场，我国新一代中型高轨液体运载火箭长征七号A运载火箭发射成功，将试验九号卫星顺利进入预定轨道。
长征七号A运载火箭起飞 来源：中国航天科技集团
有些人可能会奇怪，将载荷送去地球同步转移轨道的话，明明长征三号乙这种金牌火箭用得好好的，为什么还要安排“长征七号A”？这可以从几个方面来解释。
首先，是已经被吐槽了无数次的“烧毒”问题。
长征三号乙（图片来源：国家航天局）
尽管“长征三号”系列运载火箭已经是我国运载火箭历史上的传奇，享有“金牌火箭”的称号，但其主要动力所使用的UDMH-N2O4（偏二甲肼-四氧化二氮）的燃料体系，在目前看来已显得落后。尽管UDMH-N2O4体系具有混合即燃、可常温贮存、密度比冲高的优点，然而无论是偏二甲肼还是四氧化二氮都是具有高毒性以及腐蚀性的。一枚火箭需要数百吨的燃料，即便有极少量的燃料没有得到燃烧，也将导致大量污染物的泄露。这同时也意味着，在一枚火箭发射升空之后，发射场仍然是具有相当大的污染风险，而落区也将遭受污染。
与之形成鲜明对比的是，去年年底使用液氢液氧燃料的“长征五号”复飞成功之后仅仅数分钟，工作人员便能接近余温尚存的发射架进行检查。因此，改变火箭燃料，将为地面工作者提供相当大的便利。
其次，是“长征七号A”所带来的的GTO（地球同步转移轨道）运力提升。
红色的就是地球同步转移轨道（图片来源见水印）
尽管“长征五号”的GTO达到了14吨，能够发射未来的新一代超大尺寸通讯卫星平台“东方红五号”，然而在地球同步轨道上运行的不仅仅有通讯卫星，还有导航卫星、对地观测卫星等等。例如我国的高分四号卫星，它位于地球同步轨道上开展对地观测任务，分辨率达到了50米级。但值得注意的是，“高分四号”已经逼近5吨，接近了“长征三号乙”的运力上限，同时更高的对地观测精度要求（例如20米级）将会让成像系统继续小幅增重。显然，“长征三号乙”将无法满足未来的发射需求，而动用“长征五号”则是“杀鸡用牛刀”，过于浪费。
搭载“高分四号”卫星的长征三号乙运载火箭发射升空（图片来源：新华社记者 薛玉斌 摄）
那怎么办呢？如果基于已有的“长征七号”构型，再添加一级以YF-75氢氧发动机为主要动力的上面级，就可以拥有7吨的GTO投送能力！不多不少，正好可以满足此类更大质量同步卫星的发射需求，这正是“长征七号A”的诞生思路。同时，当前国际主流地球同步轨道通讯卫星的质量在5-7吨，这也意味着，“长征七号A”在国际通讯卫星发射市场中也将具有一定的竞争力。
第三，“长征七号A”运载火箭芯级尺寸为3.35米。
长征七号A（图片来源：中国运载火箭技术研究院新闻中心）
这就意味着，它能靠火车运输的方式前往我国内陆的三大发射场，只要我们对已有的发射工位进行改造，就有机会开展发射任务。在文昌卫星发射中心仅有1个“长征七号”发射工位的情况下，能够在更多的发射中心发射，将有可能更加有效地分流发射压力。
第四，“长征七号A”目前可以认为是基于“长征七号”基本型的改进版，利用了大量成熟的技术与成果。例如，一级与助推级发动机是与长征五号同款的YF-100，二级发动机是与长征六号同款的YF-115，上面级是与长征三号同款的3米直径箭体，YF-75发动机等。未来在应用了YF-100K泵后摆式发动机、YF-100M高空版发动机、YF-75D发动机、3.35米直径上面级后，“长征七号A”的运力及整流罩直径将能够得到进一步提升，为载荷提供更多的设计余量，还可以为卫星设计师们的头发提供更加充足的保障。
第五，“长征七号A”将首次出现助推器与芯级不分离的情况。在前期披露的“长征八号”系列运载火箭中，“长征八号”火箭的垂直回收版本也是助推器不分离的，此次“长征七号A”运载火箭在第一级分离后，也将为后续可能的火箭垂直回收复用提供更多的基础数据。同时，如果“长征七号A”以及后续改型仍然选择在内陆地区发射的话，其在我国领土内的落区个数也将缩减为一个，尽管不能变成0，但其对于保护落区人民的人身与财产安全仍然有着重要的作用。
此次“长征七号A”的首飞成功，尽管其意义不如“长征五号”那么大，但依然影响深远。可能在不远的将来，功勋卓著的老一代火箭“长征二号”、“长征三号”、“长征四号”将完成其历史使命，接棒给新一代的运载火箭。