長征5號火箭：亞洲巨無霸，擁有12項核心技術

在天津港，長征5號運載火箭裝載在遠望號火箭運輸船上。（圖片來源：北京日報）

　　新聞背景

10月28日，在海南文昌發射場完成技術區相關工作后，首次實施飛行任務的我國最大推力新一代運載火箭長征5號成功垂直轉運至發射區，計劃於11月初擇機發射。

由中國航天科技集團研制的長征5號運載火箭是我國新一代大型低溫液體捆綁式運載火箭。其地球同步轉移軌道運載能力達13噸，近地軌道運載能力達25噸，可與目前國外現役大型火箭相媲美。其主要特點就是力氣大、身體壯、成本低、沒污染、更可靠……

　　為什麼要打造長征5號

目前，我國常規的“長征”系列運載火箭已取得了舉世矚目的成就，可靠性達到世界先進水平，基本能夠滿足我國進入太空的運輸需要。

不過，進入21世紀以來，世界主要航天強國均推出了新一代大型運載火箭，如美國的宇宙神5號、德爾他4號和歐洲的阿裡安5號等。它們不僅推力大，近地軌道運載能力達到20噸級，而且使用便宜、無毒和無污染的低溫推進劑。

與國外同類火箭相比，我國現役成熟火箭尚有一定差距。例如，運載能力較小﹔大部分還使用成本高、有毒、有污染的推進劑。

為了滿足未來我國重大航天工程任務的需求，尤其是今后20-30年航天發展的需求，趕上國外新型大推力運載火箭的先進水平，2006年10月，我國立項開始研制長征5號新一代大型運載火箭。它具有一系列新特點：大直徑、大推力、少級數、系列化、低成本、高可靠、易操作、無污染、適用廣等，運載能力與國外主流運載火箭的水平持平。

長征5號全箭採用了247項核心關鍵新技術，新技術比例幾乎達到100%。而國際上研制新型火箭，包括衛星和飛船，採用新技術的比例一般不超過30%。以往“長征”火箭使用零部件最多幾萬個，而長征5號火箭使用的零部件達十幾萬個，其設計量是以往“長征”火箭的3.5倍以上。

按計劃，2017年，我國將用長征5號發射嫦娥5號月球採樣返回器，2018年將開始陸續發射20噸級的空間站艙段，2020年將發射我國首個火星探測器……

　　體格大、力氣大、難度大

作為我國目前運載能力最大的新一代運載火箭，長征5號集成了多項最新航天技術。例如，首次採用5米直徑箭體結構，首次使用無毒無污染的液氫/液氧與液氧/煤油發動機組合起飛方案。由於體格大、力氣大、難度大，因而長征5號又簡稱為“大火箭”，是目前亞洲第一重型火箭。

長征5號上裝有3種共12台新型大推力低溫發動機和充足的燃料，所以動力十分強勁。其起飛推力超過1000噸，使我國進入空間能力一下提升了2.5倍以上，越過了國際上大型運載火箭低軌道運載能力20噸、高軌道運載能力10噸的“門檻”，有些技術指標還超過美歐等世界主力大型火箭。

其芯級直徑達5米，並捆綁有4個直徑3.35米的助推器。此前，我國火箭芯級直徑都是3.35米，助推器直徑為2.25米。由於長征5號身材較粗，所以大家都親切地叫它“胖五”。長征5號被設計成“大體格”是為了容納更多的推進劑，產生更大推力。這樣也可以減少火箭的級數，從而減少火箭的分離次數，提高火箭的可靠性和控制能力。這是當代新型大推力火箭的發展趨勢。

另外，長征5號的芯級發動機採用液氫/液氧燃料，而助推器採用液氧/煤油燃料。這種同時採用兩種無毒無污染的低溫燃料發動機組合起飛方案在我國是首次。之所以採用這種復雜的組合起飛方案，是因為芯一級、芯二級工作時間長，所以適宜採用高比沖的液氫/液氧動力系統﹔助推器工作時間相對較短，因此適宜採用推力大、推進劑密度大的液氧/煤油動力系統，使發動機的密度比沖增加。採用這種方案，火箭規模最小，使用的發動機台數最少，從而可以有效提高運載能力與運載效率。

其芯級全部採用低溫推進劑，這在我國運載火箭的研制歷史上也是頭一次。由於液氫溫度為-253℃，液氧為-183℃，所以長征5號內部是遠遠低於冰點的超低溫，是名副其實的“冰箭”。由於其燃燒產生的是水，所以該火箭實現了無毒、無污染，這也標志著我國在運載火箭的可靠性、安全性、適應性及環境友好性方面又上了一個新台階。

　　“挑擔子”改成“抬轎子”

長征5號之所以實現各項性能指標的國際先進性，是因為全面突破了12項重大關鍵技術，它包括：5 米直徑大型箭體結構設計、制造、試驗技術﹔120噸級液氧/煤油發動機技術﹔50噸級液氧/液氫發動機技術﹔9噸級推力液氫/液氧發動機技術﹔大型低溫火箭的蹺振抑制技術﹔採用循環預冷技術的低溫增壓輸送系統及新型閥門技術﹔助推器發動機擺動及前支點傳力大型液體運載火箭姿態控制技術，等等。這些均是我國運載火箭研制史上首次遇到的重大的核心關鍵技術，在世界火箭研制中也屬高難問題。

另外，還突破了許多其他技術，例如，其垂直轉運技術就非同一般。由於長征5號火箭長約57米，相當於20層樓高，重約600多噸，所以在垂直轉運它時，利用半個足球場大的活動發射平台馱著它在2800米的無縫鋼軌上“走”了大約2小時，即其垂直轉運速度不超過每分鐘30米。一路上，活動發射平台不僅要載著長征5號火箭出行，還要為火箭供氣、供電。這樣一來，火箭轉場中就可保持箭地連接不變，從而減少了發射區的工作，縮短了發射流程。

在轉場方法上，它與現役火箭也有著很大的不同。其它火箭是“挑擔子”，長征5號火箭是“抬轎子”，目的是“走”得更穩。這是什麼意思呢？在火箭垂直轉場中，現役火箭芯一級的“腳下”共有4個支撐臂，用於讓火箭穩穩地“站”在“座駕”上。火箭助推器則是被芯一級“挑”著“走”，所以叫“挑擔子”。而長征5號火箭在轉場時，有12個支撐臂，但它們是被平均分布在4個助推器的“腳下”，因此是4個助推器“抬”著芯一級走，所以很像“抬轎子”。其轉場可抵八到九級風，而且攔腰不用任何防風減載裝置。垂直轉運的順利完成，標志著長征5號運載火箭首飛任務正式進入發射階段。

　　可像搭積木一樣組合

在廣泛而深入分析、研究世界最新運載火箭技術和未來發展趨勢基礎上，我國長征5號系列運載火箭採用了“一個系列、兩種發動機、三個模塊”的總體思路，貫徹了“通用化、組合化、系列化”的設計方針。三個模塊和芯二級進行不同組合，可構成芯級直徑5米的新一代大型運載火箭系列的6個構型，在新一代大型運載火箭基礎上還能衍生出新一代中型、小型運載火箭。採用模塊化的設計思想可以實現技術共用，提高可靠性，節省成本，縮短研制周期。

長征5號基本型是帶助推器的兩級半火箭，全長57米。其起飛質量878噸，起飛推力1078噸，地球同步轉移軌道運載能力為14噸，用於發射嫦娥5號月球採樣返回器等。

長征5號B火箭是在長征5號基礎上去掉了第2級，用於發射我國20噸級空間站艙段。這一帶助推器的一級半火箭全長53.7米，起飛重量837.5噸，起飛推力也是1078噸，近地軌道運載能力大於22噸。

長征5號/遠征2號為帶助推器的三級火箭。它是在長征5號基本型的基礎上增加了遠征2號上面級作為第三級。它主要執行大型地球靜止軌道、“北斗”導航中圓軌道等發射任務。這次首射的長征5號就是這一型號。

　　為什麼要在靠近海岸發射

大推力火箭是完成建造載人空間站、深空探測等重大航天工程任務的首要前提，也是人類重返月球、登陸火星的必要條件。然而，大推力火箭的直徑都很大，對於我國內陸的3個發射場來說，運送大型火箭一直是個老大難的問題，因為當直徑超過3.5米時，運送火箭的火車無法通過涵洞。

長征5號系列運載火箭的直徑為5米，所以無法用火車運抵我國3個內陸發射場。而文昌衛星發射中心位於海南靠近海岸的地方，且有良好的港口，可以停泊運送大型火箭的船隻。這就是在海南文昌發射長征5號運載火箭最重要的原因。它採用公路-海路-公路運輸方式，由2艘專用運輸船將長征5號運載火箭從天津運至海南。我國未來的重型運載火箭直徑約10米，所以很可能也將在海南文昌發射。（記者 火亮）