"胖五"長征五號首飛 長征系列運載火箭有哪些最新技術

­　　從上至下依次為：

­　　組裝完畢的長征五號。 孫浩攝

­　　吊裝箭體。

­　　工作人員對火箭進行相關檢測。

­　　準備海運。 何超攝

­　　“大火箭”

­　　運載力提高2.5倍以上

­　　長征五號運載火箭（以下簡稱長征五號），被航天人親切地稱作“大火箭”。作為我國首個研制的新一代大型運載火箭，長征五號高度約57米，有20層樓高，箭體直徑達到5米，起飛質量870噸，是我國高度最高、體積最大的火箭。

­　　長征五號火箭不僅個頭大，力氣也很大。中國航天科技集團公司一院長征五號火箭總設計師李東介紹，長征五號突破了大功率氫氧發(fā)動機等系列關鍵核心技術，起飛推力突破千噸級，近地軌道的運載能力達到25噸，比現(xiàn)役長征三號甲系列火箭運載能力提高了2.5倍以上，是國內(nèi)運載能力最強的火箭。火箭上配備了3種全新大推力發(fā)動機，分別摘得我國“最大推力液氧煤油發(fā)動機”“最大推力氫氧發(fā)動機”“比沖性能最高的火箭發(fā)動機”3個桂冠。

­　　這些大推力的發(fā)動機，可以說是長征五號的“大心臟”。我國現(xiàn)役火箭發(fā)動機單臺推力最大只有70噸左右，要托舉近900噸的火箭遠遠不夠。經(jīng)過15年不懈攻關，8臺全新研制的120噸液氧煤油發(fā)動機被裝配在4個助推器上，4臺全新研制的氫氧發(fā)動機在一級和二級火箭上各裝配了兩臺。這樣一來，長征五號全箭起飛時總推力達1060噸。120噸液氧煤油發(fā)動機的威力到底有多大？專家做了個比喻，120噸液氧煤油發(fā)動機產(chǎn)生的最高壓強達500個大氣壓，相當于把上海黃浦江的水打到5000米高度的青藏高原。

­　　據(jù)介紹，按照“通用化、系列化、組合化”的設計思路，新一代運載火箭由直徑分別為5米的芯級模塊、3.35米及2.25米的助推器模塊，與50噸氫氧發(fā)動機、120噸液氧煤油發(fā)動機分別“組合搭檔”工作，形成一個完整系列的6種構型，長征五號是新一代運載火箭的基本型，也是最大型。這種模塊化組合設計，不僅滿足了不同用戶的多種需求，而且因為運載能力強，可實現(xiàn)一箭多星，降低了單位質量的入軌成本。有了這些“硬本領”，長征五號火箭不僅綜合性能指標達到國際先進水平，而且大幅提升了我國自主進入空間的能力。

­　　“長征五號的首飛成功，標志著我國已經(jīng)跨入世界大噸位火箭發(fā)射行列，將顯著提升我國進入空間的能力，推動航天發(fā)射綜合能力實現(xiàn)歷史性跨越，是我國由航天大國向航天強國邁進的重要基石。”中國工程院院士、運載火箭技術專家龍樂豪院士表示，長征五號是我國運載火箭升級換代的里程碑工程，創(chuàng)新難點多、技術跨度大、復雜程度高，代表了我國運載火箭科技創(chuàng)新的最高水平。

­　　“火箭的運載能力有多大，航天的舞臺就有多大。”中國工程院院士、國家航天局原局長欒恩杰告訴記者，運載火箭技術水平不僅代表一個國家自主進入空間的能力，也體現(xiàn)著其最終利用空間和發(fā)展空間技術的能力和水平，是一個國家航天能力的基礎。近年來其他航天強國都在研制大型火箭甚至重型火箭，把發(fā)展先進的航天運載技術確立為重要的國家戰(zhàn)略，而我國現(xiàn)役的長征系列火箭地球同步轉移軌道最大運載能力僅為5噸級，未來進一步開展深空探測必須發(fā)展大推力運載火箭，這是空間技術發(fā)展的必然要求。

­　　據(jù)介紹，長征五號使我國運載火箭的規(guī)模實現(xiàn)從中型到大型的跨越，運載能力達到或超過國外主流大型火箭。從綜合性能指標方面看，長征五號總體技術指標位居世界先進水平。

­　　“冰箭”

­　　深低溫液氫液氧作燃料

­　　長征五號也被稱為“冰箭”，這緣于長征五號“肚子”里滿滿的深低溫液氫液氧燃料，其中液氫溫度達-253攝氏度、液氧達-183攝氏度，幾乎達到了溫度的極限。

­　　這是長征五號的另一個突出特點——填補了我國大推力無毒無污染液體火箭發(fā)動機的空白，實現(xiàn)了綠色環(huán)保的研制理念。“長征五號采用無毒無污染的液氧煤油和液氫液氧推進系統(tǒng)，賦予中國運載火箭‘綠色環(huán)保大推力’的新名片。”中國航天科技集團公司一院長征五號火箭總指揮王玨告訴記者，我國現(xiàn)役運載火箭存在運載能力不足、推進劑有毒有污染、適應性低等問題，因此，提高火箭的可靠性、安全性、適應性與環(huán)境友好性是未來的發(fā)展方向。

­　　中國航天科技集團公司六院副院長李斌介紹，液體火箭發(fā)動機是運載火箭的技術核心和技術基礎。為了實現(xiàn)大型火箭發(fā)動機的無毒化，新一代發(fā)動機從開始研究就決定選擇無毒的液氧和烴類推進劑。然而火箭煤油不同于一般的煤油，具有密度大、熱值高等特點，最初外國專家認為需要進口他們的煤油，但在我國科研人員的努力下，我們成功研制出國產(chǎn)的火箭煤油。與現(xiàn)役火箭的有毒推進劑相比，液氧煤油發(fā)動機的推進劑不但無毒環(huán)保，還具有性能高、使用維護方便、價格低廉等特點。

­　　使用液氫液氧作為推進劑，燃燒后產(chǎn)生的是水，真正實現(xiàn)了無毒無污染零排放；另一方面，液氫液氧燃燒產(chǎn)生的推力十分巨大。“世界航天大國都投入巨資研發(fā)液氫液氧發(fā)動機，是否掌握低溫技術，是衡量一個國家能否成為航天大國的重要標志。”中國航天科技集團公司六院長征五號火箭副總設計師王維彬表示。

­　　盡管液氫液氧的結合如此完美，但低溫技術難關的攻克卻非易事。液氫具有極強的揮發(fā)性，而火箭發(fā)射時尾部火焰溫度將超過3000攝氏度，如果隔熱不當，液氫有可能消耗殆盡。為此，科研人員想盡一切辦法，通過絕熱方式對火箭進行控制，在火箭貯箱外穿上一件“絕熱服”，保證火箭不被熱量“入侵”。

­　　這些超低溫的液態(tài)推進劑分別貯藏在巨大的箭體貯箱之中，通過內(nèi)部加壓輸送給發(fā)動機。推進劑貯箱直徑達5米，為了減輕重量，箱體最薄的地方只有幾毫米。研制這樣直徑的薄壁低溫貯箱，對于中國航天人來說，也是第一次。并且采用的鋁合金材料也是全新的，這意味著以往小直徑低溫貯箱的研制經(jīng)驗無法復制。

­　　面對艱巨挑戰(zhàn)，研制團隊歷經(jīng)3年反復試驗攻關，通過改善受力設計和焊接工藝的綜合辦法，終于攻克了貯箱焊縫裂紋的工藝難題。2015年4月，改進后的長征五號火箭所有低溫推進劑貯箱都通過了壓力考核，而且強度比原來提高了60%。

­　　“新火箭”

­　　全箭新產(chǎn)品多達九成

­　　和以往火箭相比，長征五號是一枚全新研制的火箭，核心技術具有完全自主知識產(chǎn)權。對比國際新型運載火箭約30%的新技術比例，長征五號的新研產(chǎn)品比例高達90%，共計攻克大直徑箭體結構、大型低溫捆綁火箭耦合振動抑制等十二大類247項核心關鍵技術，可謂是不折不扣的“新一代”運載火箭。

­　　就拿火箭的結構來說，長征五號首次采用直徑為5米的大直徑箭體結構，打破了我國40余年來3.35米箭體直徑結構的限制。李東說：“從3.35米到5米的跨度，不是一個簡單的放大，而是質的飛躍。從設計能力、仿真手段、加工制造一直到地面各種實驗，都有許多技術難題要克服。”

­　　比如貯箱、箱間段的“合體”工作。我國現(xiàn)役運載火箭芯級的最大直徑是3.35米，貯箱長10米左右，它們的貯箱、箱間段“合體”時，需要有人用肉眼辨別貯箱和箱間段的對接處是否吻合，再由多名總裝工人手動調(diào)整貯箱和箱間段的位置和姿態(tài)。但大火箭的貯箱直徑5米、長20米、重5噸，“眼看、嘴喊、手工推”的老辦法“不管用”了。

­　　中國航天科技集團公司中國運載火箭技術研究院數(shù)字化總裝對接技術負責人李新友說：“我國研制新一代運載火箭，不僅僅要完成火箭的換代，還要完成制造工藝的升級。”經(jīng)過幾年攻關，今年春天，長征五號芯一級貯箱、箱間段實現(xiàn)了數(shù)字化總裝對接，成為世界上為數(shù)不多掌握這一技術的國家。

­　　再拿零部件來說，以往長征火箭使用零部件最多幾萬個，而長征五號使用零部件達十幾萬個。它的設計量是以往火箭的3.5倍以上。為應對這個新挑戰(zhàn)，長征五號采用了全新全數(shù)字化三維設計方法，細到每一個螺釘?shù)拇笮『臀恢枚寄芤荒苛巳弧?/p>

­　　長征五號的創(chuàng)新點比比皆是。從外形上看，與以往長征系列火箭相比，長征五號的整流罩采用了特別設計的馮卡門曲線外形，4個助推器頭部都采用了斜頭錐造型。李東介紹，這些設計都是為減少空氣阻力，讓火箭獲得更大運載能力。

­　　此外，由于起飛推力巨大，長征五號各結構部段受力情況復雜。尤其是火箭單臺助推器推力就已達到240噸級，接近現(xiàn)役火箭助推器的2倍。因此，長征五號在國內(nèi)首創(chuàng)前支點傳力方案，單臺助推器不僅要承擔近200噸的芯級自重，還需在不足0.1平方米的接觸面上承受300余噸的偏置集中力載荷，方案設計難度為我國運載火箭研制史上之最。

­　　“長五哥”

­　　將承擔探月三期、載人空間站工程等任務

­　　長征五號的里程碑意義，不僅在于它的跨越性和創(chuàng)新性，還在于它帶動了我國新一代運載火箭的更新?lián)Q代，牽引出新一代運載火箭的若干構型。

­　　國防科工局總工程師田玉龍介紹，長征五號的設計著力突出技術方案的可轉化性，全力以赴帶動現(xiàn)役3.35米直徑運載火箭動力系統(tǒng)升級換代，牽引我國無毒無污染新一代運載火箭系列化發(fā)展。以長征五號120噸級推力液氧煤油發(fā)動機及3.35米、2.25米直徑箭體模塊為代表的多項新技術、新成果，有力支撐了長征六號、長征七號等新型運載火箭研制并首飛成功，為牽引新一代運載火箭系列化、型譜化發(fā)展，提供了有力保障。

­　　“長征五號是新一代長征系列運載火箭的奠基型號，也是基本型。別看它的序號是長五，首飛在長六、長七后面，但真正最早立項的是長五，從論證預研到研制成功再到首飛，整整過了30年。后來的長六、長七都是從長五牽引出來的。”龍樂豪院士開玩笑地說：“別看長六、長七‘早出生’，還得叫長五‘哥哥’。”

­　　長征五號未來將發(fā)揮什么作用？

­　　國防科工局、國家航天局副局長吳艷華表示，長征五號是我國后續(xù)一系列重大工程的重要支撐，將為探月三期、載人空間站工程等項目提供高性能、高可靠的運載工具，為載人登月等未來國家重大戰(zhàn)略發(fā)展項目提供堅實的基礎。“十三五”期間，長征五號火箭將承擔一系列國家重大專項任務。其中，2017年中期執(zhí)行第二次驗證飛行試驗，年底擇機執(zhí)行嫦娥五號發(fā)射任務，2018年擇機執(zhí)行空間站工程發(fā)射任務，2020年前后執(zhí)行火星探測器發(fā)射任務。

­　　據(jù)介紹，目前首飛的長征五號是新一代運載火箭研制的最大構型，后續(xù)還有一系列應用拓展型，主要包括：

­　　長征五號A型承擔探月三期工程和火星探測工程，地月轉移軌道和地火轉移軌道運載能力分別達到8.2噸和5噸；長征五號B型火箭承擔載人空間站核心艙的發(fā)射任務，近地軌道運載能力達到25噸級。

­　　專家介紹，長征五號承擔探月工程三期發(fā)射任務，將在中國文昌發(fā)射場將嫦娥五號月球探測器直接發(fā)射至地月轉移軌道，開展月球無人探測采樣返回等科學探測任務。

­　　“探月工程三期嫦娥五號任務以獲取月球樣品并返回地球為成功標志。”國防科工局探月與航天工程中心主任劉繼忠介紹，探測器研制分方案、初樣、正樣3個階段：2011年1月至2012年12月完成方案研制；2013年1月至2015年12月完成初樣研制；2016年1月至今，正在進行正樣研制，開展總裝測試，計劃2017年8月完成。預計嫦娥五號探測器將采用長征五號遙三運載火箭于2017年前后擇機發(fā)射。

­　　2018年我國將發(fā)射空間站核心艙，長征五號B運載火箭將承擔這次發(fā)射任務。據(jù)介紹，這是長征五號系列火箭中的一級半構型。在首飛構型的基礎上，減少了芯二級配置，為適應空間站結構的大尺寸，將整流罩由現(xiàn)在的12.5米加長至20.5米。長征五號火箭首飛成功將為長征五號B的研制奠定堅實的技術基礎，有利于我國空間站工程任務的如期實施。

­　　火星探測也是大家一直關心的話題。劉繼忠透露，火星探測器計劃2020年前后擇機實施發(fā)射，通過一次任務實現(xiàn)火星環(huán)繞探測和巡視探測的目標。探測器飛行約7個月后到達火星，開展為期2年的環(huán)繞探測，在火星表面著陸區(qū)附近開展3個月的巡視探測。工程將帶動測控通信、導航控制、人工智能以及宇航材料器件等多個領域的技術創(chuàng)新和能力提升。

­　　長征五號小檔案

­　　綽號：“胖五”

­　　身高：約57米，有20層樓高，直徑5米，9人手拉手才能抱住。

­　　體重：起飛質量870噸。

­　　力量：能扛起25噸重的東西飛上天，比現(xiàn)役火箭運載能力提升2.5倍以上。內(nèi)裝8臺全新研制的120噸液氧煤油發(fā)動機，推力超千噸。其中1臺發(fā)動機產(chǎn)生的最高壓強達500個大氣壓，相當于把上海黃浦江的水抽到5000米的青藏高原。

­　　（馮華、余建斌、丁汀、宋飛）