“胖五”大塊頭有大智慧 “奔月”“探火”靠它了

11月3日20時43分，在海南文昌的蒼茫夜幕下，中國新一代大型運載火箭“長征五號”噴射著火舌拔地而起，轟鳴聲撕破了它周圍的每一寸空氣。約30分鐘后，載荷組合體與火箭成功分離，進入預定軌道，長征五號運載火箭首次發射任務取得圓滿成功。

長征五號運載火箭是我國目前起飛規模最大、技術跨度最大、運載能力最大的大型運載火箭。其首次飛行任務的成功實施，填補了我國大推力無毒無污染液體火箭發動機的空白，火箭運載能力位居我國榜首，並進入國際先進之列，是我國由航天大國邁向航天強國的重要標志之一。

據國家國防科工局、國家航天局介紹，長征五號運載火箭實現了我國液體運載火箭直徑由3.35米至5米的跨越，採用5米直徑芯級，捆綁4枚3.35米直徑助推器，全長約57米，起飛重量約870噸﹔運載能力比現役火箭地球同步轉移軌道運載能力提升了2.5倍以上。

明年底“長五”送“嫦五”奔月

經過數十年的發展，我國長征系列運載火箭技術從無到有，形成發射低、中、高不同軌道，不同類型航天器的能力。但受到現役運載火箭3.35米箭體直徑的限制，我國長征系列運載火箭地球同步轉移軌道運載能力最大僅能達到5噸級，與12噸級的國際主流水平運載能力相比差距較大，制約了我國空間技術發展。

為提高我國運載火箭水平，提升自主進入空間能力，2006年，國務院批准新一代運載火箭基本型長征五號立項研制。此前，我國於2000年先行啟動了120噸級液氧煤油發動機和50噸級液氫液氧發動機研制攻關。

國防科工局系統工程司副司長趙堅介紹，長征五號運載火箭採用全新設計的箭體結構、動力、電氣和發射支持系統，火箭芯一級、芯二級直徑5米，捆綁4個3.35米直徑助推器。火箭總長約57米，起飛重量約870噸，起飛推力超過1000噸，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，地月轉移軌道運載能力8噸級，地火轉移軌道運載能力5噸級。這將極大地提升我國航天事業的空間進入能力。

趙堅表示，此次發射成功，為我國新一代運載火箭系列化、型譜化發展奠定了堅實的技術基礎，為后續探月工程三期、載人航天、火星探測等國家重大科技專項和重大工程的順利實施提供了有力保障。

趙堅透露，本次發射的長征五號遙一運載火箭，搭載載荷為實踐十七號衛星和遠征二號上面級，2017年6月份將發射長征五號遙二運載火箭。兩次發射同為實驗發射。用於應用發射的長征五號遙三運載火箭將在2017年底發射，搭載嫦娥五號執行探月三期任務，即“繞、落、回”中的返回任務，在月球進行採樣后返回地球。此外，2018年發射空間站核心艙、2020年發射火星探測器等任務都將依靠長征五號來實現。

長征五號設計可靠性達0.98

長征五號的工程技術跨度、攻關難度以及任務實施規模在我國運載火箭研制史上尚屬首次。目前，長征五號運載火箭共計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7000余次、1000余項地面試驗，火箭動力系統試車、模態試驗、助推器分離、整流罩分離、發射場合練等多項大型地面試驗，創下了我國液體運載火箭研制規模之最。

長征五號雖然採用全新技術，研制復雜程度超過以往任何一個型號的長征系列火箭，但它的設計可靠性卻是最高的。我國現役火箭設計可靠性最高的是0.97，而長征五號設計可靠性達到了0.98。為達到0.98的高可靠性，長征五號的核心控制儀器普遍採用了三取二的冗余技術。所謂三冗余，通俗地講就是有三個同樣的儀器互為備份。

目前，以長征五號運載火箭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制並首飛成功，為進一步推動我國現役3.35米直徑運載火箭動力系統升級換代，牽引新一代運載火箭系列化、型譜化發展，提供了有力保障。

“胖五”大塊頭有大智慧

參與火箭研制與發射的人員都親切的稱呼長征五號火箭為“胖五”。“雖然‘胖五’很胖，但它並不虛，而是很精壯，像一個大力士。”國防科工局系統工程司副司長趙堅說。此外，中國航天科技集團運載火箭技術研究院長征五號火箭總設計師李東表示，不要小看箭體結構從3.35米到5米的跨度，這是一個質的飛躍。

和以往火箭相比，長征五號運載火箭是一枚全新研制的火箭，核心技術具有完全自主知識產權。全箭採用了247項核心關鍵新技術。而國際上研制新型火箭包括衛星飛船，採用新技術的比例一般不超過30%。

給衛星信號開“全景式天窗”

長征五號運載火箭不僅塊頭大，而且技術新，這意味著它比以往任何一個型號長征火箭都要復雜。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。

此外，長征五號的整流罩材料設計也走出了新意。長征五號火箭整流罩創新性採用全透波結構，原來的“小補丁”變成了整個整流罩，就像給衛星信號開了“全景式天窗”。航天科技集團中國運載火箭技術研究院長征五號火箭結構設計副主任設計師戴政介紹，長征五號火箭整流罩直徑5.2米，透波材料的泡沫層厚度隻有近30毫米，全整流罩厚度必須控制精准，才能保証結構穩定性和可靠性。

穿“防寒服” “冰箭”不冷

長征五號運載火箭之所以被稱為“冰箭”，是因為火箭裝滿了低溫液氫液氧燃料，其中液氫溫度達-253℃、液氧達-183℃。火箭體內90%以上都是這種深低溫燃料，但火箭並不冷，它的外表面溫度依然可以一直保持在0℃以上，這是因為火箭的貯箱外都穿著一層“防寒服”，讓火箭內部的儀器、設備、電纜等正常工作。

“防寒服”一共不到30毫米，其中的“棉花”層是低密度材料，有10至20毫米厚。“棉花”層全稱“低密度全閉孔泡沫塑料絕熱層”，由近10種原材料按照配比高速撞擊混合反應而成。703所防隔熱材料設計師申雄剛介紹說，這近10種材料分成兩組，都是液體，就像“哥倆好”膠水一樣，一旦混合，會在10秒鐘之內發生發泡反應、固化成形。

捆綁支座為運載火箭主承力構件，綜合力學性能要求高，目前主要採用加工性能較好的高強鋼，通過鍛造再機加的方式成形。但這一加工方式材料去除量大、加工周期長。

中國航天科技集團運載火箭技術研究院利用激光同步送粉3D打印技術成功實現了長征五號鈦合金芯級捆綁支座試驗件的快速研制。經過系統工藝研究，試制的產品順利通過了成分、組織性能、表面質量及內部質量等各類檢測，整體綜合性能達到鍛件水平，且較原設計減重30%。

“大力士”連摘3頂桂冠

大火箭長征五號之所以能成為當今中國運載火箭家族的“大力士”，考得就是其芯一、二級所使用的新研制的50噸級和9噸級的兩個型號氫氧發動機，以及助推級採用的8台120噸液氧煤油發動機，該型發動機已經在長征七號、長征六號首飛任務中表現完美。

以液氧煤油發動機為主動力的長征五號新一代系列運載火箭，通過不同發動機台數的模塊化組合，形成低軌道10∼25噸、太陽同步軌道5∼15噸、地球同步轉移軌道6∼13噸的運載能力，與國外最先進的“阿裡安5”“宇宙神5”“德爾它4”以及正在研制的“安加拉”運載火箭達到同一水平。

火箭上配備的三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”和“比沖性能最高的火箭發動機”三個桂冠。

低溫之最 零碳排放

50噸氫氧發動機是我國首台大推力、高性能、地面起動直接入軌的氫氧發動機，由兩台獨立工作的單機通過機架並聯構成，地面推力達100噸。採用燃氣發生器動力循環，地面一次啟動，具有混合比調節能力，可雙向搖擺。由航天科技集團六院自主研制，具有完全自主知識產權、100%國產化，綜合性能達到國際先進水平。它的研制成功，填補了我國大推力氫氧發動機空白，使我國液體火箭推進技術的整體水平跨上一個大的台階。

50噸氫氧火箭發動機採用液氫、液氧作為推進劑，燃燒產物為潔淨度達99.99%的純淨水，具有綠色、環保、零碳排放等優點，是世界上排放種類最少、最綠色環保的發動機，因此長征五號運載火箭也被成為“綠色火箭”。

50噸氫氧發動機是世界上溫度最低的發動機，採用的液氫、液氧推進劑溫度分別為-252℃、-180℃，發動機工作前要利用液氫和液氧將發動機各類部件的結構溫度預冷至大約-180℃或-250℃，保証液氧和液氫在發動機內部穩定輸送。

此外，作為芯二級主動力發動機，9噸級膨脹循環氫氧發動機採用先進的閉式膨脹循環系統，且可以通過多次啟動，助推火箭進入地球轉移軌道。發動機工作時間近800秒，是國內工作時間最長的火箭主動力發動機。膨脹循環氫氧發動機的研制成功，標志著我國上面級氫氧發動機達到了世界先進水平，實現了重大技術跨越。

火箭飛行時更省“油”

液氧煤油發動機是我國單管推力最大、技術最先進、應用前途最廣泛的新型動力裝置。該發動機的研制，填補了我國補燃循環發動機技術空白，使我國成為繼前蘇聯之后第二個掌握高壓補燃循環液氧煤油發動機技術的國家，實現了從常規有毒推進劑開式循環液體推進技術至綠色無毒推進劑閉式循環液體推進技術的巨大跨越。液氧煤油發動機的推進劑不但無毒環保，還具有推進劑來源廣泛、價格低廉的優點。

與我國現役火箭發動機的開式循環相比，液氧煤油發動機採用的補燃循環是一種閉式循環，可以使全部推進劑的化學能得到充分釋放，提高了發動機的性能。液氧煤油發動機的比沖（在每秒燃燒一千克推進劑的情況下產生的推力）比現役發動機提高15％以上，使運載火箭在飛行時更省“油”。

為了提高運載火箭的性能和適應性，液氧煤油發動機推力調節范圍達到105∼65％，如同自動檔的汽車，可以實現無級變速。對於載人航天來說，通過推力調節可以有效降低運載火箭飛行中的加速度，這使普通人也有望遨游太空。（記者 王騰騰）