更大的運載能力鋪就更大的航天舞臺

更大的運載能力鋪就更大的航天舞臺

“運載火箭的能力有多大，航天的舞臺就有多大。”

2016年11月3日20時43分，長征五號運載火箭在海南文昌發(fā)射成功，標志著中國空間運載能力進入一個新的階段。

長征五號火箭總長約57米，起飛重量約870噸，起飛推力約1060噸，近地軌道運載能力25噸級，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力14噸級，地月轉(zhuǎn)移軌道運載能力8噸級。是我國運載火箭升級換代的里程碑工程，創(chuàng)新難點多、技術(shù)跨度大、復(fù)雜程度高，代表了我國運載火箭科技創(chuàng)新的最高水平。其首次飛行任務(wù)的成功實施，填補了我國大推力無毒無污染液體火箭發(fā)動機的空白，火箭運載能力位居我國榜首，并進入國際先進之列，是我國由航天大國邁向航天強國的重要標志，為我國新一代運載火箭系列化、型譜化發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，為后續(xù)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。

新在哪里？

長征五號運載火箭按照系列化、組合化、模塊化思想設(shè)計，采用全新設(shè)計的箭體結(jié)構(gòu)、動力、電氣和發(fā)射支持系統(tǒng)，火箭芯一級、芯二級直徑5米，捆綁4個3.35米直徑的助推器。

技術(shù)新。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(shù)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。全箭采用了247項核心關(guān)鍵新技術(shù)，新技術(shù)比例幾乎達到100%。而國際上研制新型火箭，包括衛(wèi)星飛船，采用新技術(shù)的比例一般不超過30%。

采用全數(shù)字化三維設(shè)計。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。為應(yīng)對這個新挑戰(zhàn)，長征五號采用了全新全數(shù)字化三維設(shè)計方法，細到每一個螺釘?shù)拇笮『臀恢枚寄芤荒苛巳弧?/p>

使用新的“大心臟”。長征五號火箭立起來有20層樓高，起飛質(zhì)量約878噸，要托舉這么重的大家伙，需要大推力發(fā)動機。我國現(xiàn)役火箭發(fā)動機單臺推力最大只有70噸左右，遠遠不夠。經(jīng)過15年不懈攻關(guān)。8臺全新研制的120噸液氧煤油發(fā)動機被裝配在四個助推器上，4臺全新研制的氫氧發(fā)動機在一級和二級火箭上各裝配了兩臺。長征五號全箭起飛時總推力達1060噸，主要來自8臺液氧煤油發(fā)動機。120噸液氧煤油發(fā)動機的威力到底有多大？專家做了個比喻，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。

超低溫液態(tài)推進劑。長征五號采用無毒無污染的零下183℃的液氧和零下252℃的液氫作為推進劑，因此，它還有個形象的稱謂，叫“冰箭”。這些超低溫的液態(tài)推進劑就分別貯藏在巨大的箭體貯箱之中，通過內(nèi)部加壓輸送給發(fā)動機。推進劑貯箱直徑達5米，為減輕重量，箱體最薄的地方只有幾毫米。研制這樣直徑的薄壁低溫貯箱，對于中國航天人來說也是第一次。而且采用的鋁合金材料也是全新的，這意味著以往小直徑低溫貯箱的研制經(jīng)驗無法復(fù)制。

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。我國現(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。而且，長征五號堅持“無毒、無污染、低成本、高可靠、適應(yīng)性強、安全性好”的原則，采用無毒無污染的液氧煤油和液氫液氧推進系統(tǒng)，賦予中國運載火箭“綠色環(huán)保大推力”的新名片。

難在哪里？

長征五號作為我國運載火箭升級換代的里程碑工程，是我國全新研制的一型大推力、高可靠、無毒無污染新一代運載火箭，工程技術(shù)跨度、攻關(guān)難度以及任務(wù)實施規(guī)模在我國運載火箭研制史上尚屬首次。

研制難度大。與國際航天發(fā)達國家相比，我國運載火箭技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱，大型運載火箭工程研制經(jīng)驗不足，基于現(xiàn)役運載火箭的技術(shù)儲備和工業(yè)基礎(chǔ)無法對長五火箭工程研制形成支撐。為此，需重新構(gòu)建技術(shù)研發(fā)體系，策劃相關(guān)技術(shù)攻關(guān)路徑及制造試驗方案，突破大直徑支撐結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化設(shè)計、新材料工藝保障及大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件精密制造等一系列基礎(chǔ)技術(shù)難關(guān)。目前，長征五號運載火箭共計突破大直徑箭體結(jié)構(gòu)、大型低溫捆綁火箭耦合振動抑制等12大類247項新技術(shù)，累計開展7000余次、1000余項地面試驗，火箭動力系統(tǒng)試車、模態(tài)試驗、助推器分離、整流罩分離、發(fā)射場合練等多項大型地面試驗，創(chuàng)下了我國液體運載火箭研制規(guī)模之最。

研制工作量大。長征五號運載火箭起飛質(zhì)量870噸，GTO軌道運載能力14噸級，與現(xiàn)役長征三號乙運載火箭相比，起飛質(zhì)量和運載能力分別是其2倍和2.5倍以上，具有系統(tǒng)方案復(fù)雜、配套產(chǎn)品數(shù)量多等特點，總體工作量和產(chǎn)品配套數(shù)量達長征三號乙運載火箭的3倍以上，對長征五號運載火箭工程研制試驗方案策劃、研制流程布局以及地面試驗系統(tǒng)建設(shè)帶來了嚴峻考驗，工程研制組織實施任務(wù)繁重，各項工作稍有不慎將有可能造成長征五號運載火箭整體研制任務(wù)的失利。

研制保障條件建設(shè)難度大。按照長征五號運載火箭總體技術(shù)方案，我國現(xiàn)有研制、試驗以及發(fā)射場等地面基礎(chǔ)設(shè)施已難以滿足工程研制需求，需重新開展相關(guān)研制保障條件建設(shè)工作。對此，長征五號運載火箭工程隊伍克服重重困難，攻克了多項運載火箭大型地面試驗技術(shù)難關(guān)，建成了亞洲規(guī)模最大的全箭振動塔、動力系統(tǒng)試車臺、發(fā)動機試車臺、中國文昌航天發(fā)射場及測控體系等多個大型地面設(shè)施。建立形成了集三維設(shè)計、先進制造、仿真試驗、工程應(yīng)用等諸多領(lǐng)域為一體的新型液體火箭及發(fā)動機研制能力和工業(yè)制造體系，為我國航天運載火箭領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

強在哪里？

技術(shù)牽引力強。長征五號運載火箭工程研制遵循“一個系列、兩種發(fā)動機、三個模塊”的發(fā)展思路（即：構(gòu)建一個新一代運載火箭系列，實施液氧煤油、液氫液氧兩種發(fā)動機研制，形成基于新型動力系統(tǒng)的5米直徑、3.35米直徑、2.25米直徑箭體模塊），嚴格按照“通用化、組合化、系列化”的設(shè)計原則開展工程各項工作，著力突出技術(shù)方案的可轉(zhuǎn)化性，全力以赴帶動現(xiàn)役3.35米直徑運載火箭動力系統(tǒng)升級換代，牽引我國無毒無污染新一代運載火箭系列化發(fā)展。目前以長征五號運載火箭120噸級推力液氧煤油發(fā)動機及3.35米、2.25米直徑箭體模塊為代表的多項新技術(shù)、新成果，已成功應(yīng)用于長征六號、長征七號等新一代運載火箭研制和飛行試驗，為進一步推動我國現(xiàn)役3.35米直徑運載火箭動力系統(tǒng)升級換代，牽引無毒無污染新一代運載火箭系列化、型譜化發(fā)展，提供了有力保障。

輻射帶動力強。做好技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和開發(fā)應(yīng)用，是我國航天事業(yè)有效服務(wù)于國民經(jīng)濟建設(shè)的重要途徑。針對長征五號運載火箭技術(shù)創(chuàng)新點多、涉及科學(xué)領(lǐng)域廣、機理問題深等特點，長征五號運載火箭工程始終堅持貫徹落實軍民融合深度發(fā)展指導(dǎo)思想，針對火箭技術(shù)成果，逐步建立形成了以精密制造、新型材料以及流體、傳熱燃燒、光機電一體化等技術(shù)為主導(dǎo)的多項民用技術(shù)，并逐步推廣服務(wù)于裝備制造、環(huán)保、冶金、石油、化工、電力、消防等多個行業(yè)，多項產(chǎn)品成功替代進口，取得了良好的社會經(jīng)濟效益，走出了一條軍民融合、協(xié)調(diào)發(fā)展的特色之路。