半程中國航天史 奠基長征火箭路

11月3日，我國推力最大的新一代運載火箭長征五號在中國文昌航天發射場騰空而起，勢如破竹地飛向太空。

航天人常說“火箭運載能力有多大，航天的舞台就有多大”。長征五號實現了我國液體運載火箭直徑由3.35米至5米的跨越，能夠將我國進入空間能力提升2.5倍以上，可實現近地軌道運載能力25噸級、地球同步轉移軌道運載能力14噸級。未來，包括嫦娥五號月球取樣返回、載人空間站、首次火星探測等多項航天重大工程發射任務，都將由長征五號承擔。

“它既是跨越式的，又是奠基性的。”中國工程院院士、運載火箭技術專家龍樂豪評價說。長征五號工程創新難點多、技術跨度大、復雜程度高，代表了我國運載火箭科技創新的最高水平﹔填補了我國大推力無毒無污染液體火箭發動機的空白，並使我國航天運載能力進入國際先進之列。

航天一甲子，“長五”三十年。從提出設想到實現首飛，長征五號的發展歷程覆蓋了半個中國航天史。

系列化設計：奠基新一代長征火箭

“這三十年，我是看著長征五號從無到有一路走來的。”龍樂豪說。

1985年，時任航天科技集團一院總體設計部主任的龍樂豪，對我國運載火箭的發展進行了思考。他帶領團隊提出了新一代“大火箭”的構想，其后來被命名為“長征五號”。

一年后，“大型運載火箭和天地往返運輸系統”被列入863計劃，並於1988年開始論証。通過對比國外新一代火箭，結合自身需求，專家們認為當時的長征系列火箭存在運載能力低、芯級直徑小、所用偏二甲?和四氧化二氮推進劑毒性大且價格昂貴等問題，希望通過新型火箭來解決。

然而，當時我國載人航天工程尚未立項﹔即使該工程立項后，對於載人飛船方案，長征五號的運載能力也頗為“浪費”。有航天器專家問：“搞那麼大的火箭干嘛？我們沒有那樣的需求……”火箭專家們無言以對。

長征五號用什麼推進劑，各方意見不一。所謂新一代運載火箭，最大特點就是推進劑綠色環保，常規推進劑顯然不符合要求。但有專家認為，液氫液氧燃料不太好“伺候”，會帶來很多麻煩﹔研制液氧煤油發動機，也需要攻克許多難點。一來二去，圍繞長征五號的討論延續到新世紀。

2002年，原國防科工委確定了新一代火箭“一個系列、兩種發動機、三個模塊”總體發展思路，以及“通用化、系列化、組合化”設計思想。2006年，長征五號立項研制得到了國務院的正式批准。

龍樂豪認為，長征五號將成為我國新一代長征系列運載火箭的奠基性型號。

其方案中的“三個模塊”，指使用液氧液氫燃料的5米直徑模塊，用液氧煤油燃料的3.35米直徑模塊和2.25米直徑模塊﹔“兩種發動機”指地面推力50噸“液發-77”氫氧發動機，和地面推力120噸的“液發-100”液氧煤油發動機。在三個模塊基礎上，第一步組合制造出5米直徑芯級的大型火箭長征五號，再進一步組合制造出3.35米直徑芯級的中型火箭長征七號，以及2.25米直徑的小型火箭長征六號。最終形成近地軌道運力覆蓋1.5至25噸，地球同步轉移軌道運力覆蓋1.5至14噸的“系列”。

“未來，長征五號的5米直徑芯級，還能作為我國重型運載火箭長征九號的助推器，助其實現約140噸的近地軌道運載能力。”龍樂豪說。

動力先行：交著學費實現跨越

“從正式立項到首飛，長征五號可謂‘十年磨一箭’。但它的核心——發動機已經提前一步開始研制。”中國工程院院士、原國防科工委副主任欒恩杰說。

長征五號擁有強大且綠色環保的“中國芯”：50噸級氫氧發動機，9噸級膨脹循環氫氧發動機和120噸級液氧煤油發動機。航天科技集團六院院長劉志讓介紹，上世紀90年代中期，該院已開始了對新一代火箭發動機的研究。

2000年，120噸級液氧煤油發動機項目立項，其研制歷程一波三折。2001年進行的四次整機試車中，兩次起動不正常，另外兩次燃氣系統燒毀。連續的失敗，使研制隊伍情緒受挫，背負了沉重的壓力。“液氧煤油推進劑我們第一次接觸，補燃循環方案是第一次用，自身起動方式是第一次研究。這麼多新技術，哪能不交學費？”中國工程院院士、液體火箭發動機專家張貴田鼓勵大家。

2002年5月，該發動機整機試車取得圓滿成功，首次獲得了我國液體火箭發動機補燃循環自身起動特性參數﹔2006年7月，該發動機進行首次600秒試車並獲成功，為長征五號正式立項奠定了基礎。其研制突破了高壓補燃關鍵技術80余項，填補了我國補燃循環發動機的技術空白，實現了從常規有毒推進劑開式循環液體推進技術，到綠色無毒推進劑閉式循環液體推進技術的巨大跨越。

2001年12月，原國防科工委、財政部聯合批准“50噸級液氫液氧發動機專項工程”立項。氫氧發動機是典型的低溫發動機，工作前要利用液氫和液氧，將發動機各類部件的溫度預冷至零下180攝氏度到零下250余攝氏度，同時要保証液氫液氧在發動機內部的穩定輸送。為此，科技人員先后解決了低溫發動機起動及關機時序、超高轉速高壓高效多級泵、大尺寸多孔面板發汗冷卻、大口徑超低溫氣動球閥等百余項關鍵技術。

記者了解到，該發動機具有長時間點火能力，可以持續工作500秒，用於火箭芯級，能實現僅用芯一級火箭就將有效載荷送入近地軌道。

首戰告捷：三大戰役的勝利

長征五號首飛前夕，龍樂豪坦然表達了內心的忐忑。“我們看起來笑容滿面，其實內心一個勁翻騰。”他說，“要到確定星箭分離、衛星入軌，那顆心才能從嗓子眼落回去。”

動力系統已初具雛形，但長征五號火箭總體研制依然艱辛。“當時我國火箭技術儲備和工業基礎還無法對長征五號研制提供支撐。別的不說，僅五米級直徑的箭體設計、制造以及試驗技術，就是很大的跨越。”龍樂豪說。

至今，長征五號研制共突破大直徑箭體結構、大型低溫捆綁火箭耦合振動抑制等12大類247項新技術，累計開展千余項、7000余次地面試驗，創造了我國液體運載火箭研制規模之最。

盡管技術攻關全部完成，龍樂豪最擔心的卻是設備可靠性。他曾因此經歷過慘痛的失敗。

1996年2月15日，由龍樂豪任總設計師兼總指揮的長征三號乙火箭首飛失利，起飛22秒后撞上山頭。“我的頭發這麼白，跟那一夜有很大關系。”他說。

長三乙失利的原因令人唏噓——起飛前三秒，一根隻有頭發幾十分之一細的金屬導絲脫焊，導致相關器件失靈、火箭姿態失控。“成功與失敗就在一線間。哪怕故障概率隻有百分之零點幾，遇上了就是百分之百的失敗。”龍樂豪嘆道。

為此，長征五號研制過程中嚴格執行質量控制管理，並採取了電氣系統三冗余措施，即三台相同設備互為備份。但這隻能讓成功率盡可能提高，誰也沒法打保票。龍樂豪說，以長征三號乙為例，其儀器設備近千台，電子元器件超過十萬支，電纜總長足夠圍北京五環繞一圈，而長征五號的規模遠大於此。“這麼龐大的系統，稍不注意就有可能出差錯。”他說，“目前我們還沒發現隱患，但仍在冥思苦想。”

此外，航天科技集團一院長征五號運載火箭副總設計師婁路亮表示，該火箭飛行時，液氧煤油、液氫液氧兩種發動機將同時工作，這在我國是首次，國際上也隻有前蘇聯的能源號運載火箭實現過。“風險在於，兩種發動機的特性、‘脾氣’各不相同，一起工作會出現什麼情況，我們缺乏認知，在地面也無法真實模擬，隻能靠實際飛行得到完全驗証。”他說。

11月3日，長征五號首飛成功的消息傳回，人們的心放下了。欒恩杰將此總結為“三大戰役的勝利”。“從上世紀90年代中期至今，頭十年是發動機戰役，后十年是火箭戰役，同時我們還完成了海南發射場等配套設施的建設。”他說，“這三大戰役構成了長征五號的首飛成功。”

放眼深空：提供更大的航天舞台

1978年，美國總統卡特的安全事務顧問訪華，為了顯示兩國友好並展示科技實力，他帶來了不尋常的禮物——1克月壤。“不久后，中國人將從月球取回2000克月壤樣品。”龍樂豪充滿期待。

記者了解到，我國計劃於2017年發射嫦娥五號探測器，登陸月球並採樣返回。長征五號將成為此次任務的運載工具。

婁路亮介紹，長征五號的整流罩直徑達5.2米，一次能將20多噸重的空間站艙段送入太空。我國將用長征五號B發射空間站，已經計劃了五次發射任務。

2020年，我國還將用長征五號發射火星探測器。后續一些地球同步軌道發射任務也在規劃中。

長征五號是我國運載火箭升級換代的裡程碑，也是我國由航天大國邁向航天強國的重要標志。它為我國新一代運載火箭系列化、型譜化發展奠定了堅實基礎，將為后續探月、載人航天、火星探測等國家重大工程提供有力保障。其投入應用后，必將為我國未來航天活動提供廣闊的空間。（記者 付毅飛）