長征十號

20世紀六七十年代時，以美國、蘇聯為首的全球探月、登月和近地空間站建設進入高潮階段，中國也計劃設計和準備研製一款主要用於登月的重型火箭，並曾命名為長征十號，設想於1975年首飛。該型火箭是當時中國的“曙光載人航天計劃”的一部分，但後來由於一些歷史原因，該計劃中止了。

進入21世紀，載人月球探測是航天強國的重要標誌，也是載人航天工程發展的長遠戰略。美國已制定了2024年重返月球計劃，俄羅斯計劃於2028年發射重型火箭，世界航天領域掀起了新一輪載人月球探測熱潮。

中國新一代運載火箭長征五號、長征六號、長征七號以及長征八號已經研製完成，並逐漸成為發射市場的主力火箭。常規推進劑運載火箭的更新換代勢在必行，載人運載火箭的更新換代也已提上議程。

未來的載人航天將從探索型嚮應用型轉化，按照立足成熟技術、確保安全可靠，能力上台階、技術上水平的發展思路，中國在充分繼承新一代運載火箭和常規推進劑載人運載火箭研製成果和成熟技術的基礎上，通過方法和技術創新，開展新一代載人登月運載火箭方案論證與設計 ^[12]  。

載人登月一直是數千年來中國人追逐渴求的美好夢想，也是世界大國科技水平和國家實力的綜合體現。月球距離地球約38萬公里，實現載人飛行並登陸月球需要進入奔月軌道的全部載荷認到50~100噸級，中國在役最大的運載火箭受起飛規模、動力系統性能、結構效率等制約，奔月軌道運載能力僅為8.2噸，需要的發射次數過多，任務適應能力不足，且不具備載人飛行能力，無法滿足載人登月的任務需求。中國研製運載能力更大，滿足載人飛行標準的新一代載人登月運載火箭，填補載人登月的能力空白，已提上日程 ^[12]  。

2017年，中國航天科技集團一院啓動了新一代載人運載火箭方案論證工作，完成多輪方案對比分析，該火箭瞄準國際先進技術趨勢，實現了技術更新換代，採用新型泵後襬高壓補燃發動機、高安全逃逸系統、輕質高強度新材料等先進技術 ^[16]  。

2022年1月發佈的《2021中國的航天》白皮書提出：深化載人登月方案論證，組織開展關鍵技術攻關，研製新一代載人飛船，夯實載人探索開發地月空間基礎 ^[13]  。

中國載人月球探測工程登月階段任務總的目標是：2030年前實現中國人首次登陸月球，開展月球科學考察及相關技術試驗，突破掌握載人地月往返、月面短期駐留、人機聯合探測等關鍵技術，完成“登、巡、採、研、回”等多重任務，形成獨立自主的載人月球探測能力，將推動載人航天技術由近地走向深空的跨越式發展，深化人類對月球和太陽系起源與演化的認識，為月球科學的發展貢獻中國智慧 ^[11]  。

2022年11月24日，記者從2022年中國航天大會上獲悉，中國用於載人登月的新一代載人火箭將於2030年前完成研製 ^[2]  。

2023年2月24日，在“逐夢寰宇問蒼穹——中國載人航天工程三十年成就展”上，展出了新一代載人運載火箭的1:10模型，確定命名為“長征十號”，用於將月面着陸器和登月飛船送入地月轉移軌道 ^[1]  。

2023年4月，中國國內首件新一代載人運載火箭八通蓄壓器成功通過冷衝擊試驗和1.4兆帕液壓試驗，標誌着中國航天科技211廠已成功突破和掌握了八通蓄壓器研製的關鍵技術並取得重大階段性成果。中國新一代載人運載火箭“長征十號”芯一級擬在5米箭徑內佈局7台發動機。八通蓄壓器是新一代載人運載火箭通用芯一級氧輸送系統的關鍵部件，在中國運載火箭上是首次使用 ^[4]  。

2023年5月16日報道稱，從中國航天科技集團一院近日完成新一代載人運載火箭柵格舵展開試驗。該試驗是新一代載人火箭在原理驗證階段開展的首項機構類地面試驗，主要目的是驗證柵格舵方案設計的正確性 ^[18]  。

2023年7月，據中國航天科技集團消息，在中國航天科技集團有限公司一院北京強度環境研究所，長征十號運載火箭衍生出的無助推構型火箭一子級可重複使用的一系列關鍵技術原理試驗完成，標誌着該型火箭一子級技術驗證邁出了關鍵的一大步 ^[7]  。

2023年7月22日，中國載人登月火箭長征十號主發動機在航天科技集團六院又完成了一次點火試車，取得連續成功。該次試車驗證了發動機飛行任務剖面，驗證了火箭飛行任務對發動機的要求。

該次試車的發動機採用先進的液氧煤油作為燃料，由長征五號等新一代運載火箭使用的大推力液氧煤油發動機改進迭代而來，推力達到130噸級，將用於中國載人登月所使用的長征十號運載火箭的芯一級和助推器。該發動機在研製過程中，應用了許多新材料、新工藝、新技術，科研人員先後攻克了發動機起動關機時序、發動機大範圍連續變推力、發動機長壽命高可靠等關鍵技術難題，為發動機的下一步研製奠定了堅實的基礎 ^[8-9]  。

2024年4月24日，在神舟十八號載人飛行任務新聞發佈會上，中國載人航天工程辦公室副主任林西強介紹，長征十號運載火箭已完成方案研製工作，正在全面開展初樣產品生產和各項試驗。 ^[20] 

長征十號新一代載人登月運載火箭，採用三級半構型，該火箭由助推器、芯一級、芯二級、芯三級、逃逸塔及整流罩組成，火箭總長約為90米，捆綁2個與芯一級結構基本相同的助推器，起飛重量約為2200噸。該火箭由箭體結構系統、申氣系統、發動機系統、增壓輸送系統、地面測發控系統和發射支持系統組成 ^{[12]  [16]}  。

長征十號運載火箭是用於中國載人月球探測任務的新一代載人飛船，是在研的新型天地往返運輸飛行器，該型載人飛船可兼顧近地空間站運營，具有高安全、高可靠、多任務支撐、可重複使用的特點。登月任務可搭載3名航天員，近地軌道飛行任務可搭載7名航天員 ^[17]  。

長征十號各級的動力配置方案為：

火箭芯一級採用5米直徑，安裝7台地面推力125噸級的YF-100K/L型液氧煤油發動機，其中3台YF-100K型發動機雙向搖擺；

火箭的助推器捆綁2個通用芯級模塊安裝於芯一級的Ⅲ、Ⅴ象限；

火箭芯二級採用5米直徑，安裝2台真空推力146噸級的YF-100M型液氧煤油發動機，每台發動機雙向搖擺；

火箭芯三級採用5米直徑，安裝3台真空推力9噸級的YF-75E型氫氧發動機，每台發動機雙向搖擺；

火箭三級採用輔助動力完成滑行段姿態控制、推進劑管理和有效載荷分離前末修、調姿；

火箭助攤器、芯一級、芯二級和芯三級均採用共底貯箱，一二級分離採用二次分離方式；

火箭液氧貯箱採用自生增壓 ^[12]  ；

長征十號運載火箭各級採用的YF-100K/L、YF-100M型液氧煤油發動機，推力面密度（單位面積安裝的發動機數量）、推質比（產生單位推力的發動機結構重量）、真空比衝相比YF-100型發動機有較大提升，由於發動機系統參數耦合性強、力熱參數變化劇烈，改進後的發動機需要針對薄弱環節進一步改進，提升固有可靠性 ^[12]  。

長征十號採用的高性能液氧煤油YF-100M型發動機，採用的鐵合金大噴管的製造技術也是實現發動機高性能的關鍵技術 ^[12]  。箭上高性能氫氧發動機，在現有面積比80噴管的設計生產工藝上，再增加一段單壁金屬段，將發動機噴管面積比提高到175，從而將發動機比衝性能由442秒提高到452秒。同時根據火箭時序，發動機工作時間較現有狀態增加一倍，針對長壽命工作任務特點開展可靠性提升，確保載人飛行的高安全和高可靠。應用火炬點火技術提升發動機點火可靠性和發動機的使用性 ^[12]  。

長征十號運載火箭採用液氫、液氧和高能煤油推進劑。高能煤油是以工業化工原料為基礎，通過脱水縮合反應、分子內成環反應、脱氮反應和產品精餾提純等工藝得到的一種高能合成碳氫燃料與現役火箭煤油相比，高能煤油具有密度大、比衝高等優點，在發動機結構不需要進行大的改動的條件下，可直接應用於液氧煤油液體火箭發動機開展高能煤油關鍵技術研究，突破宏量製備、高效精製、相容性提升等關鍵技術，完成高能煤油大流速流動傳熱、結焦性能、安全特性、熱物性等研究確定百噸級製備方案 ^[12]  。

長征十號運載火箭的電氣系統採用一體化設計，高速實時以太網總線，可實現全程天基測控。

長征十號運載火箭發射，採用新三垂測發模式，簡化發射場和發射區工作項目和設施。新一代載人登月運載火箭奔月軌道運載能力27噸，運載效率為1.23%，達到世界先進水平 ^[12]  。

中國載人登月的初步方案是：採用兩枚運載火箭分別將月面着陸器和載人飛船送至地月轉移軌道，飛船和着陸器在環月軌道交會對接，航天員從飛船進入月面着陸器。其後，月面着陸器將下降着陸於月面預定區域，航天員登上月球開展科學考察與樣品採集。在完成既定任務後，航天員將乘坐着陸器上升至環月軌道與飛船交會對接，並攜帶樣品乘坐飛船返回地球 ^[10]  。

長征十號運載火箭的研製正按計劃進行，預計2027年前後完成首飛 ^[3]  。

2024年2月中國載人航天工程網報道，中國的新一代載人運載火箭已被命名為“長征十號” ^[19]  。

長征十號運載火箭還衍生出一型無助推構型火箭，可執行空間站航天員及貨物運輸任務，其一子級具備重複使用功能，近地軌道運載能力不小於14噸。該型火箭是實現中國2030年前後載人登陸月球和航天強國建設的重要戰略支撐 ^[15]  。

無助推構型火箭全長約 67米，起飛質量約748 噸，起飛推力約 873噸，起飛推重比1.17，近地軌道運載能力不小於14噸 ^[14]  。

長征十號運載火箭的研製，充分吸收新一代火箭和常規推進劑載人運載火箭的研製經驗和成果，充分借鑑國際主流運載火箭的先進經驗全面對標世界一流技術水平，創新設計方法和系統設計方案，通過綜合優化實現運載效率大幅提高，性能、可靠性和安全性達到國際先進水平，突破以13項重大關鍵技術為代表的120項關鍵技術，提升中國運載火箭的研製技術水平和能力 ^[12]  。

器箭一體化技術是針對飛行器在上升段的工作環境和載荷條件，通過運載火箭與飛行器聯合建模，對上升段飛行器內部響應分佈進行精細分析，並且形成基於一體化設計的仿真和試驗方法實現飛行器設計條件的優化，提升任務效益 ^[12]  。

電氣一體化技術通過一體化的綜合電子架構設計，將原有分佈式的相關設備進行適度集成，一體化架構、一體化通信、一體化能源，通過全箭電氣系統軟硬件資源共享，實現系統功能性能優化及設備的模塊化和小型化 ^[12]  。

新型數字化技術是在傳統設計技術基礎上，按照基於模型的系統工程思想、方法、工具和手段，規範數字化設計工作、提升數字化協同設計水平，形成高效協同研製模式，提升系統仿真水平基於模型的產品研製全壽命週期活動，在傳統V字形研製流程的基礎上，將設計結果由模型承載和傳遞，在設計階段便開展大量的綜合集成驗證，縮短閉合迭代週期、增強總體優化能力 ^[12]  。

通過研究高性能鋁合金、碳纖維複合材料和緊固件高性能材料等工程應用技術，提升箭體結構的性能和工藝穩定性，實現運載火箭結構效率和運載能力的提升 ^[12]  。

故障診斷與處置技術負責完成待發段及飛行階段的全箭數據綜合、故障診斷，協同控制模塊完成系統重構功能，同時在火箭發生威脅航天員安全的故障時發出逃逸指令。為提升該技術實現的可靠性與有效性，採用先進感知技術與診斷算法箭上重點負責飛行階段可預知的重構類故障診斷以及需要執行逃逸的速變類故障診斷，地面重點負責待發段故障以及飛行段緩變故障的檢測，能夠充分利用地面運算資源強大的優勢，實現箭上和地面協調配合 ^[12]  。

長征十號箭體結構輕質化是運載火箭控制自身重量提升運載效率的重要途徑。新一代載人登月運載火箭由於發動機推力大、載荷量級高、傳力形式複雜，通過尾艙傳力一體化結構、大承載錐底貯箱大直徑低温共底、縱向高加筋箱筒段、整體機銑高筋壁板組合艙段等新型承載結構的設計與製造技術，從設計方法、材料體系和結構形式等方面開展全方位挖潛，以顯著降低全箭結構質量，支撐新一代載人火箭高運載效率的指標要求。

另外，分離是運載火箭至關重要的動作，關係到飛行任務的成敗和航天員的生命安全。新一代載人登月運載火箭通過突破線式分離、剛性包帶等關鍵技術，確保在火箭載荷複雜且量級大的情況下，高可靠、高安全、低衝擊的完成分離動作 ^[12]  。

長征十號突破複雜流場設計、自生增壓流量調節與控制、大口徑低温密封技術、大口徑管路補償技術及電控閥門設計製造等關鍵技術，實現以推進劑高效利用、大口徑低温密封及補償、輕質高強管路設計以及電控閥門設計等為代表的技術水平的跨越 ^[12]  。

自主飛行控制重構技術是提高載人火箭系統可靠性和安全性的重要基礎，是國外運載火箭廣泛採用的先進技術。通過自主飛行重構技術具備故障模式下的任務適應能力，能夠進行在線自主決策與快速規劃、充分利用火箭的剩餘能力，轉入任務降級、應急救援、可控返回等備用任務，以保證有效載荷及人員的安全，提高任務的成功率 ^[12]  。

長征十號運載火箭起飛時，芯一級和兩台助推器的總計21台發動機工作，多機並聯工作時各發動機燃氣噴流、振動、衝擊、壓力脈動等作用相互耦合，力、熱等環境十分複雜。尤其是單位面積內發動機數量更多佈局更緊湊、耦合更嚴重，環境預示和控制難度較現役火箭更大。多機並聯火箭精確環境預示及控制技術結合各級發動機佈局特點開展力、熱等環境分析，實現複雜環境的高精度預示，並針對環境適應性薄弱環節採取改進措施。同時針對一級動力系統需要的大能量蓄壓器需求，採用新型注氣式蓄壓器[7]解決傳統膜盒式蓄壓器能量值偏小的不足，通過注氣、排氣/液流量的優化設計，實現全飛行剖面內的POGO穩定和壓力脈動有效抑制 ^[12]  。

長征十號運載火箭系統複雜、箭上和地面產品數量多，測試流程和項目繁雜，並且採用液氫推進劑，為確保測試操作的安全性和提高測發效率，開展大口徑零秒氣液組合連接器、智能化供配氣、具有牽制功能的後倒支撐臂、大流量噴水降温降噪、活動發射平台熱防護、運載火箭火工品自動短路保護及解保、運載火箭火工品電磁閥及自動測試技術攻關，實現加註後全箭各系統無人值守 ^[12]  。

長征十號運載火箭瞄準世界一流水平，全面深化創新，應用大直徑低温共底貯箱、大推力泵後襬發動機智能飛行、一體化電氣系統等一大批創新技術，極大地帶動大型高端精密裝備製造、新材料、新工藝、中國國產化元器件等國家基礎工業發展，助力中國整體工業體系的升級換代。

長征十號作為新一代載人登月運載火箭是根據中國載人航天工程長遠發展規劃，為發射中國新一代載人飛船和月面着陸器而全新研製的高可靠、高安全載人運載火箭，將中國奔月軌道運載能力由8.2噸提升至27噸，填補中國載人登月的能力空白，推進中國載人運載火箭升級換代，具有安全可靠、性能先進、流程創新、擴展靈活等特點，是實現中國2030年前載人登陸月球和航天強國建設的重要戰略支撐 ^[12]  。（《載人航天》 評）