長征五號創(chuàng)了哪些“中國之最”

本報赴海南文昌特派記者 馬俊

中國新型大推力運載火箭長征五號11月3日從海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射，開始它的首次太空之旅。作為中國新一代運載火箭，長征五號到底創(chuàng)造了哪些中國紀錄呢？

中國“最高最壯”火箭一飛沖天

長征五號是中國最高、體積最大的火箭。到底有多高呢？首先可以看看它的芯級直徑。據(jù)介紹，我國現(xiàn)役火箭之前都通過鐵路運輸，受鐵路隧道大小的限制，芯級直徑最大為3.35米。而長征五號的研制基地選在了靠海很近的天津市，長征五號火箭可以通過海運運送到海南文昌發(fā)射場，所以長征五號的直徑達到5米。長征五號的高度在長征家族中也是最高的，豎立起來的長征五號高度約57米，足足有20層樓高，絕對算得上家族里的巨人。長征五號不僅高而且還非常“壯”，起飛重量達到878噸，所以被人們昵稱為“胖五”。

憑借強大的新型發(fā)動機，長征五號也是中國運載能力最強的火箭，運載能力提高了2.5倍，達到近地軌道25噸級、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸級，使我國運載火箭的規(guī)模實現(xiàn)了從中型到大型的跨越。

“冰箭”是如何造就的

據(jù)航天科技集團六院副院長李斌介紹，長征五號全箭起飛時總推力達驚人的1060噸。此前中國火箭發(fā)動機單臺推力最大只有70噸左右，遠遠不能滿足需求。目前在長征五號上配備有三種全新大推力發(fā)動機，分別摘得我國“最大推力液氧煤油發(fā)動機”“最大推力氫氧發(fā)動機”和“比沖性能最高的火箭發(fā)動機”三個桂冠。它的四個助推器上安裝有8臺全新研制的120噸液氧煤油發(fā)動機，提供了起飛階段的主動力。120噸液氧煤油發(fā)動機的威力到底有多大？專家形容說，120噸液氧煤油發(fā)動機產(chǎn)生的最高壓強達500個大氣壓，相當于把上海黃浦江的水打到5000米高度的青藏高原。

長征五號按照“通用化、系列化、組合化”設(shè)計思路，通過與不同的助推器模塊分別組合搭檔，形成一個完整系列的6種構(gòu)型。這種模塊化組合設(shè)計，不僅使長征五號能夠滿足不同用戶的多種需求，而且因為運載能力強，可實現(xiàn)一箭多星，降低了單位質(zhì)量的入軌成本。有了這些“硬本領(lǐng)”，長征五號火箭不僅綜合性能指標達到國際先進水平，而且大幅提升了我國自主進入太空的能力。它為我國未來發(fā)展更大的運載器，包括載人登月用大型貨運火箭及大型載人火箭奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

提及長征五號改寫中國紀錄的運載能力，就必然要說到它使用的動力系統(tǒng)。據(jù)介紹，液氫是火箭化學(xué)推進劑中能量最高的燃料，氫和氧燃燒所能獲得的高空比沖最高能夠達到465秒，比現(xiàn)有常規(guī)燃料發(fā)動機性能提高約50%，是當前已知推進效率最高的化學(xué)推進劑火箭發(fā)動機。氫氧推進劑的高能效、產(chǎn)生推力所需燃料少的特性，使火箭運載的推進劑重量大幅減少，對于提高火箭的運載能力具有至關(guān)重要的作用。

相對于國內(nèi)現(xiàn)役長征系列火箭，長征七號、長征五號運載火箭全面大量使用液氧煤油、液氫液氧低溫推進劑組合，成為名副其實的低溫火箭。其中長征五號運載火箭更是因為采用無毒無污染的零下183℃的液氧和零下253℃的液氫作為推進劑，因此它有個形象的稱謂：“冰箭”。這些超低溫的液態(tài)推進劑直到發(fā)射之前，才分別注入長征五號巨大的箭體貯箱之中。航天科技集團一院15所長征五號型號副總師賀建華透露：“長征五號的低溫加注系統(tǒng)為‘亞洲之最，因為它是目前亞洲低溫火箭中直徑最大、發(fā)動機數(shù)量最多的火箭，為其配套的‘低溫加注系統(tǒng)具有規(guī)模最大、技術(shù)最先進、流程最復(fù)雜的特點?！?/p>

“數(shù)字化火箭”保證首發(fā)成功

國際上研制新型火箭時，采用新技術(shù)的比例一般不超過30%。而作為一枚全新研制的火箭，長征五號采用了247項核心關(guān)鍵新技術(shù)，新技術(shù)比例幾乎達到100%，核心技術(shù)都具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。就連長征五號的外形都重新設(shè)計過。尤其是整流罩采用了特別設(shè)計的馮卡門曲線外形，四個助推器頭部都采用了斜頭錐造型，目的是為減少空氣阻力，讓火箭獲得更大運載能力。

火箭研制是一個高風險事業(yè)，長征五號運載火箭不僅塊頭大，而且技術(shù)新，這意味著它比以往任何一個型號長征火箭都要復(fù)雜，如何才能保證它的首次發(fā)射成功呢？據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，以往長征火箭使用零部件最多幾萬個，而長征五號使用零部件達十幾萬個。它的設(shè)計量是以往火箭的3.5倍以上。為此，長征五號在型號研制中全面推進先進的數(shù)字化設(shè)計手段，引進三維數(shù)字化設(shè)計工具，構(gòu)建了我國運載火箭研制歷史上第一個全三維數(shù)字火箭，細到每一個螺釘?shù)拇笮『臀恢枚寄芤荒苛巳?，開創(chuàng)了火箭型號數(shù)字化研制的先河。正是憑借這些新技術(shù)，長征五號雖然采用全新技術(shù)，研制復(fù)雜程度超過以往任何一個型號的長征系列火箭，但它的設(shè)計可靠性卻是最高的。長征五號的核心控制儀器普遍采用了三取二的冗余技術(shù)，通俗地講就是有三個同樣的儀器互為備份。據(jù)介紹，中國現(xiàn)役火箭設(shè)計可靠性最高的是0.97，而長征五號設(shè)計可靠性達到了0.98。

先進脈沖雷達“目送”長五入軌

為了保證大火箭成功首飛，中國還動用了很多先進的裝備和技術(shù)對長征五號的首飛保駕護航。據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，中國航天科工集團三院306所研制的高性能納米氣凝膠隔熱氈產(chǎn)品，為火箭燃氣管路系統(tǒng)提供了有效的隔熱保溫手段，為本次發(fā)射提供了有力保障。專家稱，長征五號火箭使用的發(fā)動機是目前我國最新一代的大推力液體發(fā)動機，能夠為火箭提供強大的推力。該發(fā)動機的燃氣管路具有工作溫度高、空間狹小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，其在工作中產(chǎn)生的大量余熱如果不加控制，將導(dǎo)致管路周邊的電子器件發(fā)生故障，造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。高性能納米氣凝膠隔熱氈產(chǎn)品，能夠?qū)⒍嘤嗟臒崮苡行拗圃诠苈穬?nèi)，從而保證發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)。

據(jù)相關(guān)專家向《環(huán)球時報》記者介紹，中國航天科工集團二院23所研制的兩部固定式脈沖測量雷達，負責在火箭發(fā)射上升段首段和末段進行測量。脈沖雷達相比一般雷達的測量精度更高，這次采用的兩部雷達能對目標進行數(shù)百秒跟蹤測量，為發(fā)射場指控中心提供火箭的精確坐標實時信息，從火箭離開塔架，到進入軌道、助推器分離、一二級分離、拋整流罩等，火箭飛行中各個關(guān)鍵點，都要靠脈沖雷達來觀測，特別是起飛初段還要提供重要的安全控制數(shù)據(jù)支持，這兩部雷達就像孫悟空的那雙“火眼金睛”，火箭飛到哪里，雷達就像“眼睛”一樣“看”到哪里，飛得怎么樣，一看就知道?？梢哉f長五是在這兩部脈沖雷達的一路“深情注視”下進入軌道的?！?/p>