2015年3月30日晚21點(diǎn)52分，一枚長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭托舉著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)全球組網(wǎng)試驗(yàn)星（I1-S），從沉寂了三個(gè)月之久的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，這也是中國(guó)本年度第一次航天發(fā)射。與以往不同的是，航天迷并沒(méi)有在3月30日等來(lái)衛(wèi)星進(jìn)入轉(zhuǎn)移軌道的消息，直到31日早晨，衛(wèi)星進(jìn)入運(yùn)行軌道的新聞才姍姍來(lái)遲。這并不是發(fā)射過(guò)程中出現(xiàn)了什么意外，而是本次任務(wù)采用了新的運(yùn)載工具和入軌方式。

上圖均為本次發(fā)射北斗全球組網(wǎng)試驗(yàn)星的現(xiàn)場(chǎng)圖

圖為發(fā)射嫦娥五號(hào)T1試驗(yàn)器的長(zhǎng)征三號(hào)丙火箭

這個(gè)首次使用的運(yùn)載工具叫做遠(yuǎn)征一號(hào)，是我國(guó)第一枚液體上面級(jí)飛行器。它被附加在第三級(jí)火箭之上，遠(yuǎn)征一號(hào)使用常溫液體燃料（四氧化二氮/偏二甲肼），設(shè)計(jì)最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間為6.5小時(shí)。單從發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)的照片看，我們很難發(fā)現(xiàn)這枚火箭與以往的改進(jìn)型長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭有什么明顯區(qū)別。這是因?yàn)檫h(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)已經(jīng)被整合進(jìn)了通常用來(lái)裝載衛(wèi)星的整流罩內(nèi)。增加的這一級(jí)結(jié)構(gòu)，也使本次發(fā)射北斗全球組網(wǎng)試驗(yàn)星的火箭成為了中國(guó)制造的第一枚四級(jí)液體火箭。而這新增加出來(lái)的一級(jí)火箭，讓衛(wèi)星從發(fā)射到進(jìn)入運(yùn)行軌道的時(shí)間，從數(shù)十個(gè)小時(shí)縮短為了五個(gè)多小時(shí)，由于變軌操作已經(jīng)全部由上面級(jí)完成，衛(wèi)星也無(wú)需再耗費(fèi)大量燃料進(jìn)入新的運(yùn)行軌道。這樣使得寶貴的星載燃料可以完全被用于進(jìn)行日常軌道維持，這大大延長(zhǎng)了衛(wèi)星的運(yùn)行壽命。

從上面所示的火箭結(jié)構(gòu)圖中可以看出，有著太空擺渡車稱號(hào)的遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)，所占的體積其實(shí)非常小，其長(zhǎng)度甚至還不如它所運(yùn)載的衛(wèi)星。但就是這么個(gè)占火箭總體積不到5%的小玩意，其“待機(jī)能力”可不容小覷。長(zhǎng)征三號(hào)丙火箭那碩大的身軀，一般只會(huì)運(yùn)行不到30分鐘便完成使命，而“小巧玲瓏”的遠(yuǎn)征一號(hào)，卻要擔(dān)負(fù)起衛(wèi)星后面五六個(gè)小時(shí)的航程。根據(jù)任務(wù)需要，上面級(jí)一般還得擁有多次關(guān)機(jī)多次再啟動(dòng)的能力。

上圖所示為長(zhǎng)三丙火箭與上面級(jí)分離的模擬圖，右側(cè)黃色部分為遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)，左側(cè)較長(zhǎng)的白色部分是長(zhǎng)征三號(hào)丙火箭的第三級(jí)。

星箭組合體

以本次發(fā)射任務(wù)為例，在遠(yuǎn)征一號(hào)與長(zhǎng)三丙火箭分離之后，上面級(jí)需要在六小時(shí)內(nèi)進(jìn)行兩次滑行和兩到三次次點(diǎn)火才能將北斗衛(wèi)星送入傾角55度的傾斜地球同步軌道（IGSO）并把其自身帶往不影響衛(wèi)星工作的墓地軌道。根據(jù)目前公布的信息，本次任務(wù)還拋棄了以往常用的霍曼轉(zhuǎn)移軌道，轉(zhuǎn)而使用了入軌更快的新軌道，可以說(shuō)，這也是遠(yuǎn)征一號(hào)為衛(wèi)星做出的獨(dú)特貢獻(xiàn)。

本次I1-S衛(wèi)星從發(fā)射到最終入軌的示意圖

衛(wèi)星對(duì)上面級(jí)功能的需求使它的研制工作充滿了挑戰(zhàn)。一個(gè)既要小巧又要超長(zhǎng)待機(jī)還要維持高性能的手機(jī)尚且不好設(shè)計(jì)制造，何況一個(gè)事關(guān)衛(wèi)星發(fā)射成敗的火箭上面級(jí)呢。目前在世界上，有能力設(shè)計(jì)制造這一部件的，除了我國(guó)以外也只有俄羅斯、美國(guó)和歐空局三家。其中使用較多的俄羅斯微風(fēng)M上面級(jí)，就曾經(jīng)多次導(dǎo)致發(fā)射失敗，星箭俱毀。

圖為俄羅斯微風(fēng)M上面級(jí)

此次遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)的成功首飛，標(biāo)志著我國(guó)在空間運(yùn)輸領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)步。但作為中國(guó)航天的年度首射，此次取得開門紅的遠(yuǎn)不止于運(yùn)載火箭系統(tǒng)。火箭上搭載的北斗全球系統(tǒng)試驗(yàn)星（I1-S）是本次任務(wù)的另一大看點(diǎn)。

大家可能已經(jīng)有所察覺(jué)，自2012年10月25日北斗二號(hào)G6星發(fā)射升空以來(lái)，這兩年半的時(shí)間里，北斗衛(wèi)星的組網(wǎng)工作似乎沉寂了。這其實(shí)是因?yàn)樵谕瓿蓙喬貐^(qū)組網(wǎng)之后，北斗系統(tǒng)一直在進(jìn)行全球組網(wǎng)覆蓋的準(zhǔn)備工作。而今天，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的第三代，北斗全球定位系統(tǒng)，終于邁出了它的第一步。與遠(yuǎn)征一號(hào)一樣，這一枚北斗導(dǎo)航系統(tǒng)全球組網(wǎng)試驗(yàn)星也是全新研制的。擔(dān)負(fù)衛(wèi)星研發(fā)任務(wù)的中國(guó)科學(xué)院上海微小衛(wèi)星工程中心并沒(méi)有沿用北斗二號(hào)使用的東方紅三號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)，而是另起爐灶進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。新一代北斗衛(wèi)星，體積質(zhì)量比北斗二號(hào)更小，功能卻更強(qiáng)大，還具備了星間通訊功能。等更多北斗全球定位衛(wèi)星發(fā)射后，星間鏈路也將展開測(cè)試。

前文中提到了遠(yuǎn)征一號(hào)可以為衛(wèi)星節(jié)約星載燃料，此枚北斗衛(wèi)星就是第一個(gè)受益者。雖然由于體積變小，衛(wèi)星所載燃料總量較之前的東三平臺(tái)有所下降，但由于有了“太空擺渡車”遠(yuǎn)征一號(hào)的協(xié)助，其預(yù)期使用壽命還是從北斗二號(hào)的八年左右延長(zhǎng)到了十二年左右。

此次發(fā)射的成功標(biāo)志著北斗三期全球組網(wǎng)工程的大幕已經(jīng)拉開，從今年到2020年，每年都會(huì)有三顆以上的北斗衛(wèi)星被發(fā)射升空。五年以后，一個(gè)更大，更準(zhǔn)確的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)就將從亞太走向全球。

與北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)全球組網(wǎng)同時(shí)拉開帷幕的還有中國(guó)航天的又一個(gè)發(fā)射高潮，從今年到2017年，我國(guó)將先后試射四型全新研制的運(yùn)載火箭，為沉寂15年的長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭家族增添新鮮血液。其中，長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭將承擔(dān)包括探月，空間站在內(nèi)的重型載荷航天發(fā)射任務(wù)。長(zhǎng)征七號(hào)則會(huì)逐漸代替已經(jīng)逐步過(guò)時(shí)的長(zhǎng)征二號(hào)系列和一部分長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭的發(fā)射任務(wù)。而長(zhǎng)征六號(hào)與長(zhǎng)征十一號(hào)小型火箭將會(huì)突破我國(guó)運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力下限，填補(bǔ)現(xiàn)在小型載荷運(yùn)力方面的空白。

上圖為長(zhǎng)征六號(hào)火箭

值得廣大航天迷朋友關(guān)注的是，長(zhǎng)征六號(hào)火箭已于去年完成合練，預(yù)計(jì)今年下半年就能首飛。到那時(shí)，筆者將提供更為詳細(xì)的介紹。

至于大家期盼已久的長(zhǎng)征五號(hào)和長(zhǎng)征七號(hào)，想要看到它們首飛，可能還需要等待一段時(shí)間，但它們的真容已經(jīng)逐漸顯露在大家的視線中。今年一，二月，長(zhǎng)征七號(hào)火箭已經(jīng)在海南衛(wèi)星發(fā)射中心完成了場(chǎng)箭合練，預(yù)計(jì)在一年后大家就能看到它騰空而起的英姿。

圖為長(zhǎng)征七號(hào)合練箭與臍帶塔

大家伙長(zhǎng)征五號(hào)，雖扔“猶抱琵琶半遮面”，但也已接近“千呼萬(wàn)喚始出來(lái)”的階段了?，F(xiàn)在它正在天津進(jìn)行全箭振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，如果一切順利，將會(huì)在今年下半年或者明年上半年運(yùn)往文昌開始發(fā)射前的合練工作并在兩年后實(shí)施首飛。

圖為正在天津總裝廠房的長(zhǎng)征五號(hào)火箭

三月初春，長(zhǎng)征三號(hào)丙和遠(yuǎn)征一號(hào)發(fā)射成功的消息給今年的中國(guó)航天帶來(lái)了喜慶的氣氛。我在此也祝賀我國(guó)航天人“開門大吉”！就如同“遠(yuǎn)征一號(hào)”這個(gè)名字一樣，中國(guó)航天又一次踏上了新的征程，我們可以預(yù)料到路途上的艱辛。克無(wú)論如何，我們還是應(yīng)該祝愿，在這個(gè)航天發(fā)射的“大年”里，中國(guó)航天能再接再厲，為大家?guī)?lái)新的驚喜，從勝利走向新的勝利！