2013年太原發射中心的CZ-6火箭

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長征六號的起源

進入21世紀以後，我國進行了新一代運載火箭的研製，按照早期的規劃，包括5米直徑芯級、3.35米直徑芯級和2.25米直徑芯級等主要三個系列的設計，它們經過多年的論證和研製後，最終演化為CZ-5、CZ-7和CZ-6運載火箭。CZ-5運載火箭代表了我國運載火箭性能的突破，而CZ-7運載火箭用於滿足我國中型載荷的發射需求，CZ-6運載火箭目前只要求達到700千米高度太陽同步軌道(SSO)500千克的運載能力，要小於我國目前服役的長征系列火箭，為什麼要研製一個運載能力“突破下限”的CZ-6運載火箭呢？

美國“土星五號”高達118噸的理論近地軌道，長期以來一直是美國運載火箭能力獨步天下的標誌，但和很多人想象的不同，火箭的運載能力並非越大越好，而是要根據載荷的質量範圍進行針對性的設計。隨着衛星技術的發展，出現了大量質量在1噸甚至500千克以下的小型遙感衛星和其他小衛星，100千克甚至更輕的衛星也屢見不鮮。對於這些小型載荷，使用我國現有的長征火箭如CZ-2C、CZ-2D、CZ-4B和CZ-4C發射都嚴重浪費了運載能力。以我國為土耳其發射的“藍突厥-2”(GK-2)遙感衛星為例，發射使用的CZ-2D火箭的SSO軌道運載能力1.15噸，而GK-2衛星質量僅有400千克，運力浪費十分嚴重，這不僅讓火箭大材小用更增加了發射成本。同樣以發射“藍突厥-2”衛星的CZ-2D火箭為例，其發射報價僅有2000萬美元，雖然遠低於日本精雕細琢號稱成本大幅降低的Epsilon火箭(53億日元約5000萬美元)，但對比印度的PSLV火箭就處於劣勢了。為了提高我國運載火箭的商業競爭力，減少大馬拉小車的浪費，同時滿足未來快速發射能力的需求，我國新一代運載火箭系列中特意規劃了小型運載火箭，它最終發展成為CZ-6運載火箭。

長征系列火箭主要型號運力

根據對國內外發射市場的分析與預測，未來1噸以下的小型衛星尤其是500千克或是更輕的衛星占據了很大的比例，CZ-6運載火箭的設計運力從一開始就瞄準了這塊市場，根據技術繼承性、技術風險、運載能力和單位發射成本等諸多因素，從各種構型中選擇了目前的CZ-6火箭方案。CZ-6火箭的SSO軌道運載能力最大可達1噸，只依靠國內測控條件支持運載能力也超過了500千克，可以滿足我國未來發射軍用和民用小衛星的需求。

長征六號的設計

CZ6早期方案

我國新一代運載火箭的早期構想中，為了符合新一代火箭“一個系列、兩種發動機、三個模塊“的發展思路，貫徹”通用化、系列化、組合化“的設計思想，曾計劃以使用單台YF-100液氧煤油發動機的2.25米模塊為基礎研製小型運載火箭。2.25米模塊還計劃作為CZ-5和CZ-7火箭的助推器，如果小型運載火箭也使用2.25米模塊的話，新一代運載火箭的通用化和組合化將達到很高的水平。不過從後來的發展看，雖然5米、3.35米和2.25米模塊都投入使用，但並沒有達到預想的模塊化水平，小型運載火箭更是乾脆使用了3.35米直徑的芯級，不過仍使用單台YF-100液氧煤油發動機。

CZ-6小型運載火箭改用3.35米直徑芯級並非偶然，根據程堂明總師的論文，雖然早期方案構型中存在多個2.25米直徑芯級的設計，在” 通用化、系列化、組合化”方面的水平較高，但2.25米直徑芯級設計的小型運載火箭長度普遍接近35米，導致長徑比過大對結構強度和飛行控制都要求更高，同時火箭還存在最大動壓過高和運載能力不足等問題，尤其是立足於國內測控條件時SSO軌道運載能力小於500千克，更是顯著降低了發射小衛星的適應能力。

為了克服2.25米直徑芯級的缺陷，新型小型運載火箭的論證中提出了3.35米直徑芯級的設計，稱之為方案C。3.35米直徑芯級的方案C設計中，一子級直徑從2.25米增加到3.35米，推進劑質量從61噸增加到76噸，仍使用單台YF-100液氧煤油發動機；芯二級繼續使用2.25米直徑但推進劑質量增加2噸到15噸，仍使用單台YF-115液氧煤油發動機；第三級使用4台1000牛過氧化氫/煤油發動機用於變軌，同時它還將用於火箭的滾控；火箭使用2.25米或是2.6米的整流罩，整流罩使用整體吊裝方式。經過這樣的優化改進，小型運載火箭的起飛質量增加到103噸，起飛推重比約1.2，飛行過程中的最大動壓降低了1/3還多。由於火箭直徑增加，第一級和第二級增加了大量推進劑，火箭高度也從35米左右降低到29米左右，長徑比顯著降低。更重要的是這個方案的SSO軌道運載能力增加到1080千克，在立足國內測控的要求下仍有500千克的運載能力，同時單發發射成本與其他方案基本相當，進一步降低了載荷的入軌成本，更具商業競爭力。在這個方案中，火箭長度和乾重都不較小，可以完成總裝後出廠，在發射工位起豎測試後，直接加注發射。據稱這個小型運載火箭方案的發射準備時間可以縮短到7天，而沒有為快速發射優化過的美國Minotaur火箭發射準備時間高達16天，典型快速發射固體火箭如日本Epsilon火箭和我國CZ-11小型固體運載火箭也需要7天，方案C小運載火箭的快速發射水平之高可見一斑，它也成為後來CZ-6小型運載火箭設計的基礎。

長征6火箭的性能特色

新一代小型液體運載火箭曾由中國航天科技集團一院，也就是中國運載火箭技術研究院負責，後總體設計和研製轉交上海八院負責。經過數年的進一步論證和研製，CZ-6火箭的設計又有了進一步的改進。CZ-6運載火箭的一子級將使用發動機燃氣滾控系統，它工作在高溫高壓和富氧的惡劣工作環境下，對可靠性要求很高，通過多次熱點火試驗後，上海八院攻克了發動機燃氣滾控技術的難題。CZ-6運載火箭第一級裝有兩台燃氣滾控系統，這套系統在國內尚屬首創，。CZ-6運載火箭還使用了獨特的發動機氧箱自生增壓技術，液氧儲箱的增壓氣體來自發動機燃氣發生器，雖然還有一定的雜質，但可以省去原有的增壓供配氣系統，簡化增壓系統的結構，降低增壓系統的質量並減少質量隱患。CZ-6火箭三子級發動機也有了更詳細的介紹，據《中國航天報》報道，CZ-6小型運載火箭三子級發動機具備雙向擺動和二次啟動能力，它們不僅在一、二級分離後為火箭提供推力，還將在飛行期間為火箭提供俯仰、偏航控制力，這樣的設計減少了火箭小型姿控發動機的數量，簡化了姿控系統並提高了火箭工作的可靠性。

長征六號的研製

CZ6一子級首次動力系統試車

CZ-6小型運載火箭的論證工作很早就開始了，據稱2000年開始我國就開始火箭的總體方案論證和關鍵技術攻關，不過它的正式立項要晚的多。2009年9月初《中國航天報》報道，國家有關部門日前正式批覆CZ-6運載火箭立項，同時CZ-6運載火箭的研製工作也有中國航天科技集團公司八院正式啟動，預計首發火箭將於2013年出場。

報道還指出，2008年7月中國航天科技集團公司做出了決定，明確了CZ-6運載火箭由上海八院抓總研製，八院立刻開始組建研製隊伍，開展立項前的協調、論證和策劃工作。

CZ-6火箭立項時八院已經完成了總體方案論證，確定了各分系統主要技術方案，正在深化關鍵技術攻關等工作。

CZ-6運載火箭立項時，第一級使用的YF-100液氧煤油發動機早已進行了多次600秒長程試車，發動機的性能和可靠性得到了充分驗證，而第二級使用的YF-115液氧煤油發動機研製也相對順利，第三級的過氧化氫/煤油發動機研製難度較低，CZ-6運載火箭的研製難度要略低於CZ-5和CZ-7火箭。雖然CZ-6火箭運力和體量最小，但它的總體設計方案中使用了三種新型發動機：YF-100、YF-115和過氧化氫/煤油發動機，火箭箭體使用了3.35米和2.25米兩種直徑的模塊，火箭控制使用了全新的導航制導控制系統，還使用了新的具備兩次點火能力的第三級，設計和技術同樣極為複雜。CZ-6火箭使用了大量國內首次使用的新技術，據上海八院方案細化設計階段的梳理分析，確定了12項重大關鍵技術攻關項目，如燃氣滾控技術和氧箱自生增壓技術等，加上我國已經有將近20年沒有研製過全新的運載火箭，上海八院負責CZ-6火箭研製的805所開始研製工作時，團隊平均年齡不到28歲，研製CZ-6火箭對這支研製隊伍仍然是很大的考驗。

面對困難805所的年輕人們迎難而上，大膽開拓創新進行了大量的論證和比較工作，根據發射要求、技術水平和經濟性能等多方面指標優選設計方案，最終確定了CZ-6火箭的詳細設計。CZ-6火箭研製團隊還努力攻關重大關鍵技術，積極進行各個分系統的研製，保證這一新型運載火箭按時保質完成研製。

根據《中國航天報》的報道，2012年上半年YF-100液氧煤油發動機通過國防科工局的延壽， 2012年11月27日CZ-6火箭的一子級動力系統試車首次試驗獲得圓滿成功，2013年4月3日一子級動力系統試車再獲成功，2013年上半年CZ-6火箭的二子級動力系統試車也順利完成，加上2013年7月CZ-6火箭的三子級首次動力系統熱試車又喜獲成功，新一代小型液體運載火箭CZ-6已經完成了全部系統級熱試車，為火箭按時進行首飛奠定了基礎。2013年8月初，YF-100液氧煤油發動機還進行了CZ-6火箭一子級飛行狀態下的500秒長程試車，對YF-100發動機的可靠性、新的燃氣滾控系統的協調性進行了驗證考核。2013年9月初，CZ-6火箭的三子級發動機通過試樣階段評審，圓滿完成初樣階段研製轉入試樣研製階段。

根據外國媒體近期報道，我國太原衛星發射中心新建了CZ-6火箭的發射工位。從公開的CZ-6火箭圖片看，CZ-6火箭很可能使用了類似“三平“即水平組裝、水平測試、水平整體運輸的發射模式，不過更進一步做到火箭出廠前進行水平組裝。按現有進度看，CZ-6小型液體運載火箭明年將進行首飛，很可能是我國新一代運載火箭中首個進行首飛的型號。

長征六號的未來

長征六號火箭最初用於小衛星的快速發射，其設計運載能力只要求達到700千米SSO軌道500千克的指標，對於發射較大的小型衛星就力不從心了。我國現有的CAST-2000平台衛星質量普遍高於500千克，我國為委內瑞拉研製生產的委內瑞拉遙感衛星一號質量就達到了880千克，新的CAST-3000小衛星平台的質量也與其相仿。我國還有質量更大的資源一號、資源二號、SAST-1000、SAST-3000(風雲三號)等一系列衛星平台的質量更是超過1噸，基於這些平台的衛星是目前和將來很長時間內我國SSO軌道衛星的主流。雖然CZ-7中型運載火箭具備發射這些衛星的能力，但中國航天科技集團八院仍試圖通過改進CZ-6火箭的方式擠進這塊利潤豐厚的市場。

長征6A捆綁式火箭

現有的CZ-6火箭構型通過測控系統的改善，尤其是使用西半球測控站或是天基測控，700千米高度SSO軌道運載能力將達到1噸，八院還將通過增加助推器的方式加強運力。2011年兩會期間中國運載火箭技術研究院黨委書記梁小虹接受記者採訪時就表示，我國新一代運載火箭的小型運載火箭還將通過捆綁固體助推器等方式構成小運載型譜，滿足國內外發射市場的需求。2013年國外航天刊物《Go Taikonauts》根據第五屆航天科技創新國際會議(5th CSA-IAA)披露的消息，披露了新的CZ-6A火箭。根據文中的圖表和介紹，CZ-6A火箭將捆綁兩個2米直徑的固體助推器，一子級很可能改用兩台YF-100液氧煤油發動機，二子級和三子級直徑增加到3.35米，也將使用更大直徑的整流罩，從而將700千米高度SSO軌道的運載能力提高到4噸左右，完全可以包攬我國現有的中小LEO軌道和SSO軌道發射市場，對CZ-7火箭構成了巨大的挑戰。CZ-6A火箭使用固體助推器和液氧煤油推進劑，可以看作中國的Delta II火箭，它的運力與CZ-722S(HO)相近，但無需使用液氧液氫發動機，考慮到我國目前僅有西昌衛星發射中心擁有液氧液氫加注能力，酒泉和太原增加低溫的液氫推進劑儲存和加注能力的可能性不大， CZ-6A火箭對和CZ-722S(HO)火箭具有一定的競爭優勢。

TY-1上面級

《Go Taikonauts》還提到了上海八院的TY-1上面級，它將使用可存儲推進劑，具備多次啟動能力和多星發射能力，還可將不同衛星快速送入不同的軌道，它還將具有長時間巡航能力。據稱TY-1上面級將用於裝備CZ-2D和CZ-4B火箭，以及新一代的CZ-6火箭。從某種意義上說TY-1上面級可以看作中國的Fregat，如果未來發展出MEO或是GSO衛星直接入軌能力，以及發射小型星際探測器的能力，CZ-6A將進入更廣闊的發射市場。