長征五號，中國新力量

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」。作為我國首個研製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，是國內運載能力最強的火箭。火箭上配備了3種全新大推力發動機，分別摘得我國「最大推力液氧煤油發動機」「最大推力氫氧發動機」「比沖性能最高的火箭發動機」3個桂冠。這些大推力的發動機，可以說是長征五號的「大心臟」。我國現役火箭發動機單台推力最大只有70噸左右，要托舉近900噸的火箭遠遠不夠。經過15年不懈攻關，8台全新研製的120噸液氧煤油發動機被裝配在4個助推器上，4台全新研製的氫氧發動機在一級和二級火箭上各裝配了兩台。這樣一來，長征五號全箭起飛時總推力達1060噸。120噸液氧煤油發動機的威力到底有多大？專家做了個比喻，120噸液氧煤油發動機產生的最高壓強達500個大氣壓，相當於把上海黃浦江的水打到5000米高度的青藏高原。據介紹，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噸氫氧發動機、120噸液氧煤油發動機分別「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，標誌著我國已經跨入世界大噸位火箭發射行列，將顯著提升我國進入空間的能力，推動航天發射綜合能力實現歷史性跨越，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，創新難點多、技術跨度大、複雜程度高，代表了我國運載火箭科技創新的最高水平。「火箭的運載能力有多大，航天的舞台就有多大。」中國工程院院士、國家航天局原局長欒恩傑告訴記者，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，也體現著其最終利用空間和發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製大型火箭甚至重型火箭，把發展先進的航天運載技術確立為重要的國家戰略，而我國現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展大推力運載火箭，這是空間技術發展的必然要求。據介紹，長征五號使我國運載火箭的規模實現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」，這緣於長征五號「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動機的空白，實現了綠色環保的研製理念。「長征五號採用無毒無污染的液氧煤油和液氫液氧推進系統，賦予中國運載火箭『綠色環保大推力』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珏告訴記者，我國現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、適應性與環境友好性是未來的發展方向。中國航天科技集團公司六院副院長李斌介紹，液體火箭發動機是運載火箭的技術核心和技術基礎。為了實現大型火箭發動機的無毒化，新一代發動機從開始研究就決定選擇無毒的液氧和烴類推進劑。然而火箭煤油不同於一般的煤油，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，我們成功研製出國產的火箭煤油。與現役火箭的有毒推進劑相比，液氧煤油發動機的推進劑不但無毒環保，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，燃燒後產生的是水，真正實現了無毒無污染零排放；另一方面，液氫液氧燃燒產生的推力十分巨大。「世界航天大國都投入巨資研發液氫液氧發動機，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誌。」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。儘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性，而火箭發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」。這些超低溫的液態推進劑分別貯藏在巨大的箭體貯箱之中，通過內部加壓輸送給發動機。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。研製這樣直徑的薄壁低溫貯箱，對於中國航天人來說，也是第一次。並且採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製經驗無法複製。面對艱巨挑戰，研製團隊歷經3年反覆試驗攻關，通過改善受力設計和焊接工藝的綜合辦法，終於攻克了貯箱焊縫裂紋的工藝難題。2015年4月，改進後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」全箭新產品多達九成和以往火箭相比，長征五號是一枚全新研製的火箭，核心技術具有完全自主知識產權。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，長征五號首次採用直徑為5米的大直徑箭體結構，打破了我國40餘年來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、模擬手段、加工製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整貯箱和箱間段的位置和姿態。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字化總裝對接技術負責人李新友說：「我國研製新一代運載火箭，不僅僅要完成火箭的換代，還要完成製造工藝的升級。」經過幾年攻關，今年春天，長征五號芯一級貯箱、箱間段實現了數字化總裝對接，成為世界上為數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，長征五號採用了全新全數字化三維設計方法，細到每一個螺釘的大小和位置都能一目了然。長征五號的創新點比比皆是。從外形上看，與以往長征系列火箭相比，長征五號的整流罩採用了特別設計的馮卡門曲線外形，4個助推器頭部都採用了斜頭錐造型。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，由於起飛推力巨大，長征五號各結構部段受力情況複雜。尤其是火箭單台助推器推力就已達到240噸級，接近現役火箭助推器的2倍。因此，長征五號在國內首創前支點傳力方案，單台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餘噸的偏置集中力載荷，方案設計難度為我國運載火箭研製史上之最。「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，不僅在於它的跨越性和創新性，還在於它帶動了我國新一代運載火箭的更新換代，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，全力以赴帶動現役3.35米直徑運載火箭動力系統升級換代，牽引我國無毒無污染新一代運載火箭系列化發展。以長征五號120噸級推力液氧煤油發動機及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製並首飛成功，為牽引新一代運載火箭系列化、型譜化發展，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、長七後面，但真正最早立項的是長五，從論證預研到研製成功再到首飛，整整過了30年。後來的長六、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』。」長征五號未來將發揮什麼作用？國防科工局、國家航天局副局長吳艷華表示，長征五號是我國後續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略發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年中期執行第二次驗證飛行試驗，年底擇機執行嫦娥五號發射任務，2018年擇機執行空間站工程發射任務，2020年前後執行火星探測器發射任務。據介紹，目前首飛的長征五號是新一代運載火箭研製的最大構型，後續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射任務，將在中國文昌發射場將嫦娥五號月球探測器直接發射至地月轉移軌道，開展月球無人探測採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並返回地球為成功標誌。」國防科工局探月與航天工程中心主任劉繼忠介紹，探測器研製分方案、初樣、正樣3個階段：2011年1月至2012年12月完成方案研製；2013年1月至2015年12月完成初樣研製；2016年1月至今，正在進行正樣研製，開展總裝測試，計劃2017年8月完成。預計嫦娥五號探測器將採用長征五號遙三運載火箭於2017年前後擇機發射。2018年我國將發射空間站核心艙，長征五號B運載火箭將承擔這次發射任務。據介紹，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的研製奠定堅實的技術基礎，有利於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年前後擇機實施發射，通過一次任務實現火星環繞探測和巡視探測的目標。探測器飛行約7個月後到達火星，開展為期2年的環繞探測，在火星表面著陸區附近開展3個月的巡視探測。工程將帶動測控通信、導航控制、人工智慧以及宇航材料器件等多個領域的技術創新和能力提升。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，比現役火箭運載能力提升2.5倍以上。內裝8台全新研製的120噸液氧煤油發動機，推力超千噸。其中1台發動機產生的最高壓強達500個大氣壓，相當於把上海黃浦江的水抽到5000米的青藏高原。欲知更多秘密請掃描二維碼
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