徐令予：長征五號首飛

長征五號首飛意義十分重大，首先，它標誌著中國航天事業有了重型運載工具，從此中國在浩瀚的宇宙有了更為寬廣的活動舞台。這有點像一個原本只有支線飛機的國家，如今攻克難關又成功試飛了自己的幹線飛機，有什麼比這更能振奮人心呢？長征五號首飛的另一重要看點，則是中國火箭技術的跨越式進步。

先進的火箭發動機技術

運載火箭與飛機汽車一樣，發動機是它的核心技術。為了把更重的載荷送到更高更遠的地方，火箭不僅需要最好的發動機，而且一支多級火箭需要不同類型的發動機。通常中型以上的液體燃料火箭，它的初級都用大推力但效率略差的液氧煤油發動機，而最後一級都釆用效率高的液氫液氧發動機。這樣的高低搭配可以在火箭的性能和價格之間求得最優化。

液氫液氧發動機的優勢和劣勢都是液氫帶來的，液氫像是漢初名相蕭何，成也在它敗也在它。液氫的主要優勢是比沖高，比沖是火箭業界相當於「高效」的一種專業說法。比沖是衡量火箭燃燒效率的指標，比沖值越高，消耗同樣質量的燃料，產生的衝量越大（即火箭能獲得更大的加速度）。它有些像汽車的油耗指標，每加侖油跑的里程數越大，汽車帶同樣的燃料就可以跑得更遠。高比沖燃料的液氫液氧發動機可以把火箭射得更高更遠。

但是液氫比重太小，相同質量的液氫將佔用更大的體積，這會導致火箭臃腫不堪。液氫的沸點是-252攝氏度，先不說自身的儲存問題，這個溫度首先就對和它一起裝在火箭里的氧化劑非常的「不友好」，液氧的冰點是-219度。在一些簡單的火箭設計中，燃燒劑和氧化劑的罐子是連在一起的，中間只有一層艙壁。而液氫罐和液氧罐卻必須完全分離開，中間留空，否則液氫就把隔壁的液氧給凍住了。液氫的超低溫給生產、儲存和運行帶來一系列的技術難題。

多數運載火箭的最後一級都用比沖高的液氫液氧發動機，因為對載荷提供相同的衝量，高比沖發動機可以使用較少的燃料，而最後一級發動機的燃料是下級發動機的載荷，因而減輕最後一級發動機的燃料重量可以大幅減少初級發動機的負擔，起到一兩撥千斤的作用。

火箭的初級發動機和助推級一般都使用液氧煤油發動機，這種發動機的比衝要差一些，初級發動機和助推級比沖低一點只要多攜帶一些燃料，又不會再連累誰，無非增加些推力就是了。畢竟大推力的液氧煤油發動機要經濟和可靠得多，生產和儲存常溫態的煤油成本很低。世界上也只有美國的"Delta IV" 重型運載火箭的各級全部使用液氫液氧發動機(RS-68A)，難怪它每次的發射費用高達三億多美元，真是揮金如土啊！

如今地主家裡也沒有餘糧了，美國軍方的"Atlas V"重型火箭的第一級和助推級都改用從俄羅斯進口的大推力液氧煤油發動機(RD-180)。為了要不要繼續進口俄羅斯的RD-180發動機，美國朝野十分糾結，美國國會為此展開激烈辯論並作出專門法案，說到底，還是技不如人，縛手縛腳啊。

大推力發動機為什麼難做？大推力發動機的關鍵是必須在大空間里控制和維持燃氣的高壓高溫燃燒，這是個不穩定的非線性熱力學過程，理論計算提供不了多少幫助，完全靠大量的實驗，一點一滴地積累經驗。

中國長征五號的YF100液氧煤油發動機此前各種試車已達107次，共點火試車26000秒，長征五號的YF77液氫液氧發動機點火試車24000秒。由此可知，大推力火箭發動機是黃金堆出來的，它凝聚了成千上萬化工、材料、熱工、控制和精密機械工程師的智慧和汗水，真可謂「一斤推力一寸金，十萬馬力十萬人！」，中國己成為繼俄羅斯之後第二個全面掌握液氧煤油高壓補燃發動機技術的國家，讓我們向長征五號的全體研製人員致以最高敬意。

綜觀世界的航天大國集團，天下可以一分三家。在航天領域歐洲對美國的依賴十分明顯，英國脫歐後，歐洲更難自成體系，它們的技術路線也與美國比較一致，歐美只能算作一家，另二家分別是俄羅斯和中國。

在運載火箭技術上，歐美的強項是液氫液氧發動機技術和火箭的整體集成技術，軟擋是液氧煤油發動機技術，美國的重型運載火箭至今還要依靠進口俄羅斯的RD-180發動機。沒有大推力的液氧煤油發動機，嚴重地制約了歐美研發重型和超重型運載火箭方面的進展，也使歐美的航天運載發射的成本太高。當然，也有人認為，歐美研製出新一代液氧煤油發動機並無多大問題，只是從成本考慮才買俄羅斯的。

俄羅斯在大推力液氧煤油發動機上一枝獨秀，液氫液氧發動機技術略輸歐美，但是俄羅斯在火箭整體綜合技術上嚴重落後。客觀地說，俄羅斯一直在吃蘇聯時期的老本，目前的經濟總量不足，長遠來看，俄羅斯要保持其航天科技領域的優勢有很多的困難。

中國無疑是三強俱樂部中的小弟，液氧煤油發動機不如俄羅斯，而液氫液氧發動機又不如歐美，但是這兩種發動機技術中國都有，而且火箭的整體綜合技術能力一點不輸歐美，中國運載火箭的發射成功率一直穩居榜首。總之中國的運載火箭技術比較全面平衡，中國雖然不是尖子生，但也不是偏科生，是從農村中出來的努力上進的好學生，班上最後成功的很可能就是他。長征五號火箭是中國進入三強集團的入場券，從今以後，世界航天業界的三國鼎立正式開始。

圖表一：幾款運載火箭發動機的性能指標

圖表說明：相比美國和俄羅斯，中國火箭發動機在推力指標上仍有差距，但是必須指出，RD180是雙燃燒室的，相當於兩個發動機做在一起，所以推力的真實差距遠小於表格中數字。而且衡量火箭發動機的先進程度更應該重視「比沖」和「室壓」等指標，中國的兩款發動機的技術指標都是世界級的。

圖表二：各國重型運載火箭主要性能比較

長征五號的主要用途

長征五號是中國目前運載能力最大的火箭，它首次採用5米直徑箭體結構，首次使用無毒無污染液氫液氧與液氧煤油發動機組合起飛方案，起飛推力超過1000噸。有了長征五號後，中國在空間站的建設上就有了得力的運載工具，但從長遠來看，可能對中國的登月工程的意義更為重大。

事實上，歐盟空間組織提出建立國際月球村的設想是非常具有戰略眼光的。人類必須首先征服月球，在月球上逐步地適應與我們的母體——地球非常不同的生存環境並長期生活下去，然後方能在月球上構筑前進基地，這是向深空發展的唯一正確的途徑。如果我們連自已最近的鄰居都搞不定，奢談火星探索究竟又有多少意義？

更重要的是月球上有十分重要的資源——水冰（Water ice），它們電解後正好是火箭發動機最需要的氫、氧燃料。由於月球表面的引力只有地球的六分之一，所以依託月球補充燃料後，火箭可以把更重的載荷運送到更遠的星空，月球就是人類邁向深空最好的跳板。

在月球上建立能源礦產資源基地，也可促進國民經濟的發展，建立月球基地的科學意義和軍事價值更不需贅述。2004年一月，當時美國的小布希總統宣布了星座計劃（Constellation program），該計劃的重要一環是重返月球。可惜這個極有遠見的計劃的實施一直不順利，2008年奧巴馬總統上台後，重返月球計劃乾脆被一刀砍掉，如今就要離職了，居然宣揚直接向火星進發。

美國現在盡搞些花哨的概念，太空梭啊、火箭部分回收啊、摺疊式太空艙啊和太空旅遊等等，而在航天的根基——運載火箭上，落後於俄羅斯，甚至落後於自己的前輩。美國的太空發展可能再一次走上歧途，實在太使我失望了。

可能命中注定，人類征服月球的重任將降於中華民族的肩上，而長征五號的首飛成功讓我們看到了希望的曙光。長征五號不僅可以合格地完成探月第三期工程，完成月面巡視勘察與採樣返回，而且完全有能力開展月球基地建設的大量前期工作。

長征五號雖是重型運載火箭，但運載能力大約僅為超重型的美國土星五號載人登月火箭的五分之一。讓長征五號擔當中國的載人登月計劃會有一定的困難，但也不是完全不可能。近期一系列的科研探索表明，可以把環月接應指揮艙和登月艙分別使用兩支以上重型火箭發射到繞地軌道上，然後在軌重新裝配後送往月球實施載人登月和返回。而長征五號和它的變型可能是完成實施這種接力計劃的最佳候選者。「從技術上講，中國航天具備了開展載人登月的基本能力。」長征五號首飛成功為中國載人航天工程總設計師周建平的這句話作出了最好的註解。

由於空間站技術的進步和積累，可能載人登月無需再依靠土星五號這種超重型火箭，不應再走美國阿波羅計劃的老路，長征五號在建立月球基地的宏偉事業中一定是大有作為的。但是長征五號不能也不會包打天下，在月球基地建設和登陸火星工程中超重型運載火箭仍然不可缺少，這也是為什麼推力為三千噸以上的長征九號的研製工作已經開始。

西方媒體對長征五號的報道指出，長征五號的試飛和投入應用，不僅填補了中國重型運載火箭的空白，同時也為中國進一步研發超重型運載火箭打下了穩實的基礎。現在一千噸推力的長征五號已經有了，三千噸推力的長征九號離開中國還會遠嗎？重要的是，在接下去的幾年中，造好用好長征五號，在後續的大量發射中發現問題、改進技術、精益求精，把長征五號打造成世界重型運載火箭的金牌，並為長征九號的研發積累更多更寶貴的經驗。

「十年磨一箭，決勝九層天。」向長征五號全體研製人員致敬！期待長征五號重型運載火箭為中國的航天事業再創輝煌。

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