第三步仰仗“大個(gè)頭”火箭

姜浩峰

根據(jù)中國航天事業(yè)“三步走”的規(guī)劃，在完成了無人和載人飛船項(xiàng)目后，多人多天飛行、航天員出艙和小型空間站天宮一號(hào)與神舟八號(hào)、九號(hào)、十號(hào)對(duì)接，都是第二步。第三步，則是建成長期穩(wěn)定運(yùn)行有人照料的空間站，建成中國的空間工程系統(tǒng)，航天員和科學(xué)家能夠往來于地球和空間站。

無論是首次載人交會(huì)對(duì)接成功，還是女航天員的靚麗飛天，都是中國載人航天事業(yè)第二步計(jì)劃的組成部分。而如果想要實(shí)現(xiàn)第三步，從目前來看，必須突破火箭技術(shù)的極限，生產(chǎn)出能夠?qū)?0噸級(jí)大型艙段發(fā)射到近地軌道的大推力火箭。大推力火箭不僅在載人航天領(lǐng)域急需，在7噸左右的東方紅五號(hào)大型通信衛(wèi)星以及探月計(jì)劃三期的大型取樣返回月球探測(cè)器的發(fā)射上，也急需此類火箭。

從中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院傳出的消息是，我國大推力火箭長征五號(hào)，正有條不紊地進(jìn)行研發(fā)，其運(yùn)載能力將比目前使用的長征二號(hào)提升一倍。據(jù)公布的數(shù)據(jù)顯示，長征二號(hào)運(yùn)載能力約8.5噸，可見長征五號(hào)預(yù)計(jì)運(yùn)載能力接近20噸，與美國宇宙神5(Atlas V) 551大型運(yùn)載火箭實(shí)力相當(dāng)。長征五號(hào)預(yù)計(jì)2014年首發(fā)。

換心長力氣

細(xì)心的愛好者會(huì)發(fā)現(xiàn)，去年9月天宮一號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室發(fā)射，采用經(jīng)過改進(jìn)的長征2號(hào)火箭，具體型號(hào)長征二號(hào)F/G，字母“G”是“改”字漢語拼音的首字母，表示長征2F/G火箭在長征2F基礎(chǔ)上作了少許改進(jìn)，主要是助推器略微加長，改用雙激光慣組主從冗余，運(yùn)載能力略有提高。天宮系列空間實(shí)驗(yàn)室的發(fā)射重量在8.5至9噸之間，長征2F/G已夠用。本次神九飛船發(fā)射，仍然采用長征二號(hào)F運(yùn)載火箭，從中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院傳出的消息是，與發(fā)射神舟八號(hào)飛船的火箭相比，這枚火箭進(jìn)行了數(shù)十項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)更改，進(jìn)一步提高了可靠性和安全性。

未來，當(dāng)天宮三號(hào)發(fā)射后，需要與貨運(yùn)飛船對(duì)接，進(jìn)行貨運(yùn)補(bǔ)給試驗(yàn)。以天宮系列空間實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的貨運(yùn)飛船，上行貨運(yùn)能力達(dá)到約6噸，飛船總重量約13噸，明顯超出現(xiàn)有長征2F/G火箭約9噸的運(yùn)載能力。因此，中國計(jì)劃研制新一代的長征2F/H運(yùn)載火箭來發(fā)射貨運(yùn)飛船，“H”是“換”字的首字母。長征2F/H比起長征2F，主要是把火箭的心臟部件——偏二甲肼-四氧化二氮發(fā)動(dòng)機(jī)，換為與未來大推力火箭長征5號(hào)配套的YF-100液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，電氣系統(tǒng)和地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)也將使用一體化設(shè)計(jì)。YF-100液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)推力比以往的發(fā)動(dòng)機(jī)大，使得長征2F/H火箭的運(yùn)載能力提高到13噸左右，滿足發(fā)射貨運(yùn)飛船的需求。另外，推進(jìn)劑改為液氧煤油，取代劇毒的偏二甲肼-四氧化二氮，對(duì)環(huán)境保護(hù)也大有好處。

當(dāng)然，相比被中國航天人口頭稱為“大火箭”的長征五號(hào)，長征二號(hào)再怎么改型換心，依然是小個(gè)頭。

正在孕育中

有關(guān)專家向《新民周刊》透露，目前，承載本次載人交會(huì)對(duì)接任務(wù)的長征二F遙九火箭組合體，仍系長征二號(hào)系列火箭，故而即使本次仍有技術(shù)改進(jìn)，其運(yùn)載能力仍不超過9噸。根據(jù)中國載人航天三步走計(jì)劃，未來必須要將更大的空間站發(fā)射到太空。中國的新型火箭研制工作，正在天津有條不紊地進(jìn)行中。

早在2010年的世界月球會(huì)議上，中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院副院長魯宇就曾披露，中國即將于2014年首發(fā)“長征五號(hào)”火箭，其運(yùn)載能力將比之前的火箭提升一倍。

5月17日，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，長征二號(hào)F火箭遙九發(fā)射隊(duì)召開神九發(fā)射動(dòng)員會(huì)。恰在此前，4月23日，從中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院傳出消息——長征五號(hào)首個(gè)5米直徑一級(jí)氫箱完成箱體焊接X光檢測(cè)，結(jié)果顯示，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良，滿足液壓測(cè)試的強(qiáng)度等等技術(shù)指標(biāo)，能適應(yīng)靜力件力學(xué)的性能測(cè)試要求，這標(biāo)志著長征五號(hào)的制造能力已基本形成。

據(jù)《新民周刊》了解，未來載重達(dá)20噸左右的長征五號(hào)，正在孕育中。5月31日，隨著“點(diǎn)火”指令下達(dá)，伴隨著震耳欲聾的巨響，長征五號(hào)運(yùn)載火箭助推器試驗(yàn)件內(nèi)側(cè)紅色火焰一閃，試驗(yàn)件以優(yōu)美的姿態(tài)分離至預(yù)定位置。至此，長征五號(hào)運(yùn)載火箭助推器大型分離試驗(yàn)圓滿完成。這標(biāo)志著“大火箭”初樣研制階段最重要的大型地面試驗(yàn)之一獲得圓滿成功。

該試驗(yàn)主要驗(yàn)證了模擬助推火箭在火箭飛行過程中能否安全分離，并驗(yàn)證了分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和系統(tǒng)工作的可靠性。北京強(qiáng)度環(huán)境研究所專家認(rèn)為：“這對(duì)未來大推力火箭的安全發(fā)射來說，是相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。”《中國航天報(bào)》如此披露：“火箭分離試驗(yàn)系統(tǒng)由試驗(yàn)塔架、測(cè)量系統(tǒng)、發(fā)火系統(tǒng)、回收系統(tǒng)組成。試驗(yàn)前，火箭助推器試驗(yàn)件如小巨人般巍然矗立。助推器試驗(yàn)件高20余米、停點(diǎn)火重量10余噸、主傳力捆綁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)載荷和分離體重量是現(xiàn)役長征捆綁型火箭助推器的數(shù)倍。同時(shí)，助推器的捆綁傳力方案采用了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了火箭的運(yùn)載能力?！?/p>

6月4日，從中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院再次傳出消息，經(jīng)過14個(gè)小時(shí)的連續(xù)施工，高達(dá)93米的天津新一代運(yùn)載火箭研制基地標(biāo)志性建筑——“長征五號(hào)”全箭振動(dòng)試驗(yàn)塔正式封頂，是為亞洲最高的火箭振動(dòng)試驗(yàn)塔。

國家航天局官網(wǎng)如此評(píng)價(jià)：“全箭振動(dòng)試驗(yàn)塔主要用于長征五號(hào)火箭全尺寸振動(dòng)試驗(yàn)，為火箭的飛行姿態(tài)控制設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)驗(yàn)證支撐。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃，該振動(dòng)試驗(yàn)塔建高93米，是天津新一代運(yùn)載火箭研制基地地標(biāo)性建筑，也是目前天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西區(qū)最高的建筑?！庇嘘P(guān)技術(shù)人員介紹說，該塔建成后，是世界少數(shù)幾個(gè)大規(guī)模的火箭振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)施之一。

其實(shí)，早在今年初，在中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院長征五號(hào)火箭2012年研制工作會(huì)上，有關(guān)方面就提出，大火箭后續(xù)研制工作要做到一個(gè)實(shí)現(xiàn)、兩個(gè)確保；實(shí)現(xiàn)按節(jié)點(diǎn)順利完成轉(zhuǎn)段，確保首飛節(jié)點(diǎn)不動(dòng)搖，確保運(yùn)載能力不動(dòng)搖。

2012年，大火箭研制目標(biāo)是，完成以靜力試驗(yàn)等大型試驗(yàn)用結(jié)構(gòu)產(chǎn)品為代表的初樣產(chǎn)品生產(chǎn)；完成助推器分離試驗(yàn)、電氣系統(tǒng)匹配與電磁兼容試驗(yàn)等36項(xiàng)大型地面試驗(yàn)為代表的各項(xiàng)初樣研制試驗(yàn)。

如此看來，中國正在研制的新一代無毒無污染重型運(yùn)載火箭系列長征五號(hào)的2014年首飛，是能夠保證的。

“靠水吃水”

對(duì)于目前火箭發(fā)射選址酒泉，比較靠譜的解釋是——當(dāng)年出于保密、軍事需要，而將之設(shè)在西北祖國版圖的腹地。現(xiàn)在的火箭最大直徑3.3米，走鐵路運(yùn)輸，鉆個(gè)山洞啥的，問題不大。未來的大推力火箭，直徑達(dá)到5米以上，無法鉆進(jìn)山洞。將發(fā)射場(chǎng)放到海邊，今后就可以實(shí)行海運(yùn)。

“待到大推力火箭研制成功后，連續(xù)發(fā)射八九個(gè)大推力火箭，就能在太空建造一座大型的空間站，運(yùn)行壽命也將大大提高。到時(shí)候，可以說我們就能夠領(lǐng)到太空常駐的‘戶口本了?！鄙虾：教炀謱＜掖搜?，透露出未來，我國大推力火箭的發(fā)射場(chǎng)，將選址海南文昌。它將褪去神秘色彩，歡迎游客參觀。放在海邊，另一方面，也處于安全保障方面的考量。海邊取水容易，萬一火箭發(fā)射出現(xiàn)意想不到的狀況，將“靠水吃水”。

“靠水吃水”的另一層含義，也能理解為商業(yè)發(fā)射。早在20世紀(jì)80年代，中國長城工業(yè)公司就曾經(jīng)為國外客戶進(jìn)行火箭商業(yè)發(fā)射。值得關(guān)注的是，美國私人發(fā)射服務(wù)商開始介入到商業(yè)發(fā)射服務(wù)中，例如太空探索公司“獵鷹”9火箭發(fā)射價(jià)格是5000萬美元，與發(fā)射價(jià)格為9000萬到1億美元的俄羅斯“質(zhì)子號(hào)”火箭運(yùn)載能力近似。今年5月31日，美國太空探索技術(shù)公司發(fā)射的“龍”號(hào)無人駕駛貨運(yùn)飛船離開國際空間站，返回地球，是為私人公司進(jìn)入航天發(fā)射領(lǐng)域，為美國國家航天局打工的初體驗(yàn)。未來，這是否會(huì)成為航天領(lǐng)域資本、運(yùn)轉(zhuǎn)模式的風(fēng)向標(biāo)，還有待觀察。