“胖五”大块头有大智慧 “奔月”“探火”靠它了

　　11月3日20时43分，在海南文昌的苍茫夜幕下，中国新一代大型运载火箭“长征五号”喷射着火舌拔地而起，轰鸣声撕破了它周围的每一寸空气。约30分钟后，载荷组合体与火箭成功分离，进入预定轨道，长征五号运载火箭首次发射任务取得圆满成功。

　　长征五号运载火箭是我国目前起飞规模最大、技术跨度最大、运载能力最大的大型运载火箭。其首次飞行任务的成功实施，填补了我国大推力无毒无污染液体火箭发动机的空白，火箭运载能力位居我国榜首，并进入国际先进之列，是我国由航天大国迈向航天强国的重要标志之一。

　　据国家国防科工局、国家航天局介绍，长征五号运载火箭实现了我国液体运载火箭直径由3.35米至5米的跨越，采用5米直径芯级，捆绑4枚3.35米直径助推器，全长约57米，起飞重量约870吨；运载能力比现役火箭地球同步转移轨道运载能力提升了2.5倍以上。

　　明年底“长五”送“嫦五”奔月

　　经过数十年的发展，我国长征系列运载火箭技术从无到有，形成发射低、中、高不同轨道，不同类型航天器的能力。但受到现役运载火箭3.35米箭体直径的限制，我国长征系列运载火箭地球同步转移轨道运载能力最大仅能达到5吨级，与12吨级的国际主流水平运载能力相比差距较大，制约了我国空间技术发展。

　　为提高我国运载火箭水平，提升自主进入空间能力，2006年，国务院批准新一代运载火箭基本型长征五号立项研制。此前，我国于2000年先行启动了120吨级液氧煤油发动机和50吨级液氢液氧发动机研制攻关。

　　国防科工局系统工程司副司长赵坚介绍，长征五号运载火箭采用全新设计的箭体结构、动力、电气和发射支持系统，火箭芯一级、芯二级直径5米，捆绑4个3.35米直径助推器。火箭总长约57米，起飞重量约870吨，起飞推力超过1000吨，近地轨道运载能力25吨级，地球同步转移轨道运载能力14吨级，地月转移轨道运载能力8吨级，地火转移轨道运载能力5吨级。这将极大地提升我国航天事业的空间进入能力。

　　赵坚表示，此次发射成功，为我国新一代运载火箭系列化、型谱化发展奠定了坚实的技术基础，为后续探月工程三期、载人航天、火星探测等国家重大科技专项和重大工程的顺利实施提供了有力保障。

　　赵坚透露，本次发射的长征五号遥一运载火箭，搭载载荷为实践十七号卫星和远征二号上面级，2017年6月份将发射长征五号遥二运载火箭。两次发射同为实验发射。用于应用发射的长征五号遥三运载火箭将在2017年底发射，搭载嫦娥五号执行探月三期任务，即“绕、落、回”中的返回任务，在月球进行采样后返回地球。此外，2018年发射空间站核心舱、2020年发射火星探测器等任务都将依靠长征五号来实现。

　　长征五号设计可靠性达0.98

　　长征五号的工程技术跨度、攻关难度以及任务实施规模在我国运载火箭研制史上尚属首次。目前，长征五号运载火箭共计突破大直径箭体结构、大型低温捆绑火箭耦合振动抑制等12大类247项新技术，累计开展7000余次、1000余项地面试验，火箭动力系统试车、模态试验、助推器分离、整流罩分离、发射场合练等多项大型地面试验，创下了我国液体运载火箭研制规模之最。

　　长征五号虽然采用全新技术，研制复杂程度超过以往任何一个型号的长征系列火箭，但它的设计可靠性却是最高的。我国现役火箭设计可靠性最高的是0.97，而长征五号设计可靠性达到了0.98。为达到0.98的高可靠性，长征五号的核心控制仪器普遍采用了三取二的冗余技术。所谓三冗余，通俗地讲就是有三个同样的仪器互为备份。

　　目前，以长征五号运载火箭120吨级推力液氧煤油发动机及3.35米、2.25米直径箭体模块为代表的多项新技术、新成果，有力支撑了长征六号、长征七号等新型运载火箭研制并首飞成功，为进一步推动我国现役3.35米直径运载火箭动力系统升级换代，牵引新一代运载火箭系列化、型谱化发展，提供了有力保障。

　　“胖五”大块头有大智慧

　　参与火箭研制与发射的人员都亲切的称呼长征五号火箭为“胖五”。“虽然‘胖五’很胖，但它并不虚，而是很精壮，像一个大力士。”国防科工局系统工程司副司长赵坚说。此外，中国航天科技集团运载火箭技术研究院长征五号火箭总设计师李东表示，不要小看箭体结构从3.35米到5米的跨度，这是一个质的飞跃。

　　和以往火箭相比，长征五号运载火箭是一枚全新研制的火箭，核心技术具有完全自主知识产权。全箭采用了247项核心关键新技术。而国际上研制新型火箭包括卫星飞船，采用新技术的比例一般不超过30%。

　　给卫星信号开“全景式天窗”

　　长征五号运载火箭不仅块头大，而且技术新，这意味着它比以往任何一个型号长征火箭都要复杂。为应对这个新挑战，长征五号采用了全新全数字化三维设计方法，细到每一个螺钉的大小和位置都能一目了然。

　　此外，长征五号的整流罩材料设计也走出了新意。长征五号火箭整流罩创新性采用全透波结构，原来的“小补丁”变成了整个整流罩，就像给卫星信号开了“全景式天窗”。航天科技集团中国运载火箭技术研究院长征五号火箭结构设计副主任设计师戴政介绍，长征五号火箭整流罩直径5.2米，透波材料的泡沫层厚度只有近30毫米，全整流罩厚度必须控制精准，才能保证结构稳定性和可靠性。

　　穿“防寒服” “冰箭”不冷

　　长征五号运载火箭之所以被称为“冰箭”，是因为火箭装满了低温液氢液氧燃料，其中液氢温度达-253℃、液氧达-183℃。火箭体内90%以上都是这种深低温燃料，但火箭并不冷，它的外表面温度依然可以一直保持在0℃以上，这是因为火箭的贮箱外都穿着一层“防寒服”，让火箭内部的仪器、设备、电缆等正常工作。

　　“防寒服”一共不到30毫米，其中的“棉花”层是低密度材料，有10至20毫米厚。“棉花”层全称“低密度全闭孔泡沫塑料绝热层”，由近10种原材料按照配比高速撞击混合反应而成。703所防隔热材料设计师申雄刚介绍说，这近10种材料分成两组，都是液体，就像“哥俩好”胶水一样，一旦混合，会在10秒钟之内发生发泡反应、固化成形。

　　捆绑支座为运载火箭主承力构件，综合力学性能要求高，目前主要采用加工性能较好的高强钢，通过锻造再机加的方式成形。但这一加工方式材料去除量大、加工周期长。

　　中国航天科技集团运载火箭技术研究院利用激光同步送粉3D打印技术成功实现了长征五号钛合金芯级捆绑支座试验件的快速研制。经过系统工艺研究，试制的产品顺利通过了成分、组织性能、表面质量及内部质量等各类检测，整体综合性能达到锻件水平，且较原设计减重30%。

　　“大力士”连摘3顶桂冠

　　大火箭长征五号之所以能成为当今中国运载火箭家族的“大力士”，考得就是其芯一、二级所使用的新研制的50吨级和9吨级的两个型号氢氧发动机，以及助推级采用的8台120吨液氧煤油发动机，该型发动机已经在长征七号、长征六号首飞任务中表现完美。

　　以液氧煤油发动机为主动力的长征五号新一代系列运载火箭，通过不同发动机台数的模块化组合，形成低轨道10～25吨、太阳同步轨道5～15吨、地球同步转移轨道6～13吨的运载能力，与国外最先进的“阿里安5”“宇宙神5”“德尔它4”以及正在研制的“安加拉”运载火箭达到同一水平。

　　火箭上配备的三种全新大推力发动机，分别摘得我国“最大推力液氧煤油发动机”“最大推力氢氧发动机”和“比冲性能最高的火箭发动机”三个桂冠。

　　低温之最 零碳排放

　　50吨氢氧发动机是我国首台大推力、高性能、地面起动直接入轨的氢氧发动机，由两台独立工作的单机通过机架并联构成，地面推力达100吨。采用燃气发生器动力循环，地面一次启动，具有混合比调节能力，可双向摇摆。由航天科技集团六院自主研制，具有完全自主知识产权、100%国产化，综合性能达到国际先进水平。它的研制成功，填补了我国大推力氢氧发动机空白，使我国液体火箭推进技术的整体水平跨上一个大的台阶。

　　50吨氢氧火箭发动机采用液氢、液氧作为推进剂，燃烧产物为洁净度达99.99%的纯净水，具有绿色、环保、零碳排放等优点，是世界上排放种类最少、最绿色环保的发动机，因此长征五号运载火箭也被成为“绿色火箭”。

　　50吨氢氧发动机是世界上温度最低的发动机，采用的液氢、液氧推进剂温度分别为-252℃、-180℃，发动机工作前要利用液氢和液氧将发动机各类部件的结构温度预冷至大约-180℃或-250℃，保证液氧和液氢在发动机内部稳定输送。

　　此外，作为芯二级主动力发动机，9吨级膨胀循环氢氧发动机采用先进的闭式膨胀循环系统，且可以通过多次启动，助推火箭进入地球转移轨道。发动机工作时间近800秒，是国内工作时间最长的火箭主动力发动机。膨胀循环氢氧发动机的研制成功，标志着我国上面级氢氧发动机达到了世界先进水平，实现了重大技术跨越。

　　火箭飞行时更省“油”

　　液氧煤油发动机是我国单管推力最大、技术最先进、应用前途最广泛的新型动力装置。该发动机的研制，填补了我国补燃循环发动机技术空白，使我国成为继前苏联之后第二个掌握高压补燃循环液氧煤油发动机技术的国家，实现了从常规有毒推进剂开式循环液体推进技术至绿色无毒推进剂闭式循环液体推进技术的巨大跨越。液氧煤油发动机的推进剂不但无毒环保，还具有推进剂来源广泛、价格低廉的优点。

　　与我国现役火箭发动机的开式循环相比，液氧煤油发动机采用的补燃循环是一种闭式循环，可以使全部推进剂的化学能得到充分释放，提高了发动机的性能。液氧煤油发动机的比冲（在每秒燃烧一千克推进剂的情况下产生的推力）比现役发动机提高15％以上，使运载火箭在飞行时更省“油”。

　　为了提高运载火箭的性能和适应性，液氧煤油发动机推力调节范围达到105～65％，如同自动档的汽车，可以实现无级变速。对于载人航天来说，通过推力调节可以有效降低运载火箭飞行中的加速度，这使普通人也有望遨游太空。（记者 王腾腾）