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大塊頭有大智慧——解碼長征五號大火箭

2016年11月04日 14:05:41 來源：新華社

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　　11月3日晚8時43分,中國文昌航太發射場,距離海邊約800米的發射平臺上,長征五號運載火箭點火升空。

　　這是我國新一代大型運載火箭長征五號的首次飛行任務,也是長征家族系列運載火箭的第238次發射。

　　隨著人類對於宇宙空間的不斷探索,世界主要航太強國紛紛推出新一代大型火箭。中國現有運載火箭長征家族原有成員在面對未來載人空間站、探月、探火等一系列重大工程任務,有些心有餘而力不足。長征家族迫切需要引入一位“大塊頭”成員扛起重擔。

　　被親切地稱為“胖五”的長征五號火箭應運而生,成為我國起飛品質最大、起飛推力最大、箭體結構最大、運載能力最大的運載火箭。

　　這一次發射,對於“胖五”來說,有太多的創新和紀錄需要被銘記。

　　從3.35米到5米,一次華麗的蛻變

　　“胖五”長啥樣?先從數據上看:身長57米,芯極直徑5米,捆綁4個3.35米直徑助推器,起飛重量約為870噸,運載能力達到近地軌道25噸,地球同步軌道14噸,地月軌道8噸。

　　“胖五”以其5米的箭體直徑突破了傳統3.35米直徑的限制,成為我國箭體直徑最大的火箭。

　　從3.35米到5米,不只是簡單的數字變化。

　　“30年前啟動論證,20年前開始預研,10年前開始立項研製。”航太科技集團一院長征五號火箭總設計師李東說,我國火箭都是以3.35米直徑為基礎發展起來的,目前運載能力已用到極致,想向前發展,就需要直徑上的突破。1.65米的直徑改變意味著整個火箭製造工業體系都要變,包括材料、製作工藝、工裝、動力、加工、廠房等,也意味著國家工業基礎要跟得上。“技術跨度太大,新技術比例幾乎到達100%。”

　　比如,為了提升“胖五”的性能和效率,燃料儲箱內壁最薄的地方只有3毫米。航太科技集團一院天津大火箭公司副總經理孟凡新說:“做到這樣的極致,既有新材料的功勞,也有新生產工藝的功勞。而這樣的創新,在‘胖五’身上比比皆是。”

　　此外,因為“胖五”直徑太大,傳統的火車運輸已經無法完成,只能通過海運。與之匹配的沿海天津新一代運載火箭製造基地和中國文昌航太發射場都為此而新建。

　　李東說,研製“胖五”最早的目標是大運載能力。實現大的運載能力有2個基礎:大的結構和大的發動機。

　　國際上,大型火箭的直徑不約而同都在5米左右。同樣長度的火箭,直徑越大可以裝載更多的飛行器。此外,直徑越大,火箭的整流罩可以做得更大,這樣不光可以搭載重量更大的飛行器,也可以搭載體積更大的飛行器。“即使3.35米直徑的火箭可以搭載體積很大的衛星,但會弄出一個很大的腦袋,火箭外形也不好。”李東說。

　　從13.5噸到25噸,一次能力的飛躍

　　2016年6月25日,長征七號火箭發射升空,以13.5噸近地軌道運載能力成為我國火箭運載能力之最。

　　4個月後,“胖五”問世,其近地軌道運載能力更是達到25噸。

　　國際上一般認定,近地軌道10噸量級為中型火箭,超過20噸叫做大型火箭。“胖五”成為了我國現在唯一的大型火箭。“這標誌著中國進入了大火箭俱樂部。”李東說,“這個能力使未來發展有了更廣闊的空間。”

　　“以前,中國運載火箭只有2噸運載能力時,還不能承擔載人航太的工作。把一個航太員送上天,也得要一個7、8噸級的飛船,否則航太員的生活保障不了。中國現在有了7、8噸運載能力的火箭,才有了載人航太。同樣中國現在有了長征五號,才能實施空間站計劃,因為空間站要長期有人照料,在天上長時間生活,規模肯定很大。”李東打了個比喻,“這就像家裏人口多了,一個小房子住不下。”

　　目前,我國長征三號甲火箭能將1噸多的載荷送入地火轉移軌道,而“胖五”的運載能力達5到6噸。“1噸的載荷和五六噸相比,所能做的事情肯定是不一樣的。”李東說,下一步進行火星探測,“胖五”大約能將一個5噸量級的探測器送到火星上。這個探測器就不再是簡單圍繞地球轉了,而是要帶一個火星車,直接落下去,在火星表面巡視。“火箭能力的反應,不僅是說火箭能飛到哪去,而是取決於到哪個位置能帶的載荷重量。長五帶的載荷多了,能做的事也更多了。”

　　當然,大火箭離不開大推力。

　　“胖五”全箭起飛時總推力達1060噸,主要來自8台120噸液氧煤油發動機。120噸液氧煤油發動機的威力到底有多大?專家打了個形象的比喻,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。

　　熟悉航太的人知道,我國現役常規火箭發動機採用有毒的常溫推進劑。推進劑無毒化是國家航太技術發展的趨勢。“胖五”採用的液氧和煤油燃燒後產生的二氧化碳和水,不會對環境造成任何污染,而且成本僅為常規推進劑的十分之一。

　　從載人航太到登月探火,中國邁向深空的一大步

　　從“神五”到“神十一”,我國長征二號F火箭把11名航太員送入太空,也把中國一步步推向航太大國。

　　這一次,“胖五”肩負的使命是推動我國向航太強國邁進。

　　“長征五號大幅度提升了中國人自主、自由進入空間的能力。”李東說,一切空間活動的前提是建造火箭。正如發展海洋事業一樣,造不了船,一切都免談。“造一個小帆船和一艘萬噸巨輪是截然不同的。”

　　“長征五號帶動了整個中國新一代運載火箭技術的發展。”李東說,長征七號、長征六號都是以“胖五”的核心技術衍生出來的,長征八號也正在研製中。通過“胖五”的研製,我國運載火箭的基礎水準能力得到了提升。

　　“長征五號培養出一批年輕的火箭研製隊伍。”李東說,通過新一代運載火箭的研製、歷練,我國新一代航太人才也成長起來。而這是中國航太最大的財富。

　　李東說,航太強國與航太大國的區別在於,強國要建空間站、登月、探測火星。而這些大事需要大火箭,有了大火箭,才有了基礎。

　　下一步,“胖五”將承擔嫦娥工程的第三步任務,將探測器送入地月軌道上,對月球的土壤和岩石採樣後,在月面起飛再飛回來,把公斤級的標本帶回地球。

　　再下一步,“胖五”將承擔空間站艙段任務的發射,成為建造空間站的主力。