长征5号火箭：拥有12项核心技术

　　在天津港，长征5号运载火箭装载在远望号火箭运输船上。（图片来源：北京日报）

　　新闻背景

　　10月28日，在海南文昌发射场完成技术区相关工作后，首次实施飞行任务的我国最大推力新一代运载火箭长征5号成功垂直转运至发射区，计划于11月初择机发射。

　　由中国航天科技集团研制的长征5号运载火箭是我国新一代大型低温液体捆绑式运载火箭。其地球同步转移轨道运载能力达13吨，近地轨道运载能力达25吨，可与目前国外现役大型火箭相媲美。其主要特点就是力气大、身体壮、成本低、没污染、更可靠……

　　为什么要打造长征5号

　　目前，我国常规的“长征”系列运载火箭已取得了举世瞩目的成就，可靠性达到世界先进水平，基本能够满足我国进入太空的运输需要。

　　不过，进入21世纪以来，世界主要航天强国均推出了新一代大型运载火箭，如美国的宇宙神5号、德尔他4号和欧洲的阿里安5号等。它们不仅推力大，近地轨道运载能力达到20吨级，而且使用便宜、无毒和无污染的低温推进剂。

　　与国外同类火箭相比，我国现役成熟火箭尚有一定差距。例如，运载能力较小；大部分还使用成本高、有毒、有污染的推进剂。

　　为了满足未来我国重大航天工程任务的需求，尤其是今后20-30年航天发展的需求，赶上国外新型大推力运载火箭的先进水平，2006年10月，我国立项开始研制长征5号新一代大型运载火箭。它具有一系列新特点：大直径、大推力、少级数、系列化、低成本、高可靠、易操作、无污染、适用广等，运载能力与国外主流运载火箭的水平持平。

　　长征5号全箭采用了247项核心关键新技术，新技术比例几乎达到100%。而国际上研制新型火箭，包括卫星和飞船，采用新技术的比例一般不超过30%。以往“长征”火箭使用零部件最多几万个，而长征5号火箭使用的零部件达十几万个，其设计量是以往“长征”火箭的3.5倍以上。

　　按计划，2017年，我国将用长征5号发射嫦娥5号月球采样返回器，2018年将开始陆续发射20吨级的空间站舱段，2020年将发射我国首个火星探测器……

　　体格大、力气大、难度大

　　作为我国目前运载能力最大的新一代运载火箭，长征5号集成了多项最新航天技术。例如，首次采用5米直径箭体结构，首次使用无毒无污染的液氢/液氧与液氧/煤油发动机组合起飞方案。由于体格大、力气大、难度大，因而长征5号又简称为“大火箭”，是目前亚洲第一重型火箭。

　　长征5号上装有3种共12台新型大推力低温发动机和充足的燃料，所以动力十分强劲。其起飞推力超过1000吨，使我国进入空间能力一下提升了2.5倍以上，越过了国际上大型运载火箭低轨道运载能力20吨、高轨道运载能力10吨的“门槛”，有些技术指标还超过美欧等世界主力大型火箭。

　　其芯级直径达5米，并捆绑有4个直径3.35米的助推器。此前，我国火箭芯级直径都是3.35米，助推器直径为2.25米。由于长征5号身材较粗，所以大家都亲切地叫它“胖五”。长征5号被设计成“大体格”是为了容纳更多的推进剂，产生更大推力。这样也可以减少火箭的级数，从而减少火箭的分离次数，提高火箭的可靠性和控制能力。这是当代新型大推力火箭的发展趋势。

　　另外，长征5号的芯级发动机采用液氢/液氧燃料，而助推器采用液氧/煤油燃料。这种同时采用两种无毒无污染的低温燃料发动机组合起飞方案在我国是首次。之所以采用这种复杂的组合起飞方案，是因为芯一级、芯二级工作时间长，所以适宜采用高比冲的液氢/液氧动力系统；助推器工作时间相对较短，因此适宜采用推力大、推进剂密度大的液氧/煤油动力系统，使发动机的密度比冲增加。采用这种方案，火箭规模最小，使用的发动机台数最少，从而可以有效提高运载能力与运载效率。

　　其芯级全部采用低温推进剂，这在我国运载火箭的研制历史上也是头一次。由于液氢温度为-253℃，液氧为-183℃，所以长征5号内部是远远低于冰点的超低温，是名副其实的“冰箭”。由于其燃烧产生的是水，所以该火箭实现了无毒、无污染，这也标志着我国在运载火箭的可靠性、安全性、适应性及环境友好性方面又上了一个新台阶。

　　“挑担子”改成“抬轿子”

　　长征5号之所以实现各项性能指标的国际先进性，是因为全面突破了12项重大关键技术，它包括：5 米直径大型箭体结构设计、制造、试验技术；120吨级液氧/煤油发动机技术；50吨级液氧/液氢发动机技术；9吨级推力液氢/液氧发动机技术；大型低温火箭的跷振抑制技术；采用循环预冷技术的低温增压输送系统及新型阀门技术；助推器发动机摆动及前支点传力大型液体运载火箭姿态控制技术，等等。这些均是我国运载火箭研制史上首次遇到的重大的核心关键技术，在世界火箭研制中也属高难问题。

　　另外，还突破了许多其他技术，例如，其垂直转运技术就非同一般。由于长征5号火箭长约57米，相当于20层楼高，重约600多吨，所以在垂直转运它时，利用半个足球场大的活动发射平台驮着它在2800米的无缝钢轨上“走”了大约2小时，即其垂直转运速度不超过每分钟30米。一路上，活动发射平台不仅要载着长征5号火箭出行，还要为火箭供气、供电。这样一来，火箭转场中就可保持箭地连接不变，从而减少了发射区的工作，缩短了发射流程。

　　在转场方法上，它与现役火箭也有着很大的不同。其它火箭是“挑担子”，长征5号火箭是“抬轿子”，目的是“走”得更稳。这是什么意思呢？在火箭垂直转场中，现役火箭芯一级的“脚下”共有4个支撑臂，用于让火箭稳稳地“站”在“座驾”上。火箭助推器则是被芯一级“挑”着“走”，所以叫“挑担子”。而长征5号火箭在转场时，有12个支撑臂，但它们是被平均分布在4个助推器的“脚下”，因此是4个助推器“抬”着芯一级走，所以很像“抬轿子”。其转场可抵八到九级风，而且拦腰不用任何防风减载装置。垂直转运的顺利完成，标志着长征5号运载火箭首飞任务正式进入发射阶段。

　　可像搭积木一样组合

　　在广泛而深入分析、研究世界最新运载火箭技术和未来发展趋势基础上，我国长征5号系列运载火箭采用了“一个系列、两种发动机、三个模块”的总体思路，贯彻了“通用化、组合化、系列化”的设计方针。三个模块和芯二级进行不同组合，可构成芯级直径5米的新一代大型运载火箭系列的6个构型，在新一代大型运载火箭基础上还能衍生出新一代中型、小型运载火箭。采用模块化的设计思想可以实现技术共用，提高可靠性，节省成本，缩短研制周期。

　　长征5号基本型是带助推器的两级半火箭，全长57米。其起飞质量878吨，起飞推力1078吨，地球同步转移轨道运载能力为14吨，用于发射嫦娥5号月球采样返回器等。

　　长征5号B火箭是在长征5号基础上去掉了第2级，用于发射我国20吨级空间站舱段。这一带助推器的一级半火箭全长53.7米，起飞重量837.5吨，起飞推力也是1078吨，近地轨道运载能力大于22吨。

　　长征5号/远征2号为带助推器的三级火箭。它是在长征5号基本型的基础上增加了远征2号上面级作为第三级。它主要执行大型地球静止轨道、“北斗”导航中圆轨道等发射任务。这次首射的长征5号就是这一型号。

　　为什么要在靠近海岸发射

　　大推力火箭是完成建造载人空间站、深空探测等重大航天工程任务的首要前提，也是人类重返月球、登陆火星的必要条件。然而，大推力火箭的直径都很大，对于我国内陆的3个发射场来说，运送大型火箭一直是个老大难的问题，因为当直径超过3.5米时，运送火箭的火车无法通过涵洞。

　　长征5号系列运载火箭的直径为5米，所以无法用火车运抵我国3个内陆发射场。而文昌卫星发射中心位于海南靠近海岸的地方，且有良好的港口，可以停泊运送大型火箭的船只。这就是在海南文昌发射长征5号运载火箭最重要的原因。它采用公路-海路-公路运输方式，由2艘专用运输船将长征5号运载火箭从天津运至海南。我国未来的重型运载火箭直径约10米，所以很可能也将在海南文昌发射。（记者 火亮）