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“大火箭”长征五号首飞成功 未来将承担探月探火任务

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昨晚8点43分,中国最大推力新一代运载火箭长征五号在中国文昌航天发射场点火升空,约30分钟后,由远征二号上面级和实践十七号卫星组成的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飞行任务圆满成功。长征五号是实现未来探月工程三期、载人空间站、首次火星探测任务等国家重大科技专项和重大工程的重要基础和前提保障。按计划,2017年嫦娥五号落月采样返回、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。

大火箭

>>力气大

“膀大腰圆”列长征家族第一

中国工程院院士龙乐豪研究了一辈子火箭,但在航天科工集团一院天津长征火箭制造公司总装车间,当他第一次看到长征五号巨大的身躯时,依然被深深地震撼了。

长征五号是名副其实的“膀大腰圆”。总长近57米,站起来有20层楼那么高;总重近900吨,几乎是长征二号F和长征三号B两款火箭的重量之和;直径5米,如此“大腰围”无法通过有些铁路隧道,所以只能通过海运。

体型大,“胃口”也大。长征五号为两级半液体火箭,可以加载近800吨推进剂,长征二号F和长征三号B两枚火箭的推进剂加起来,才能“喂饱”一枚长征五号。但与这两位“前辈”比起来,长征五号的推进剂有着本质区别。这个“庞然大物”90%以上的重量都是液氢液氧燃料,其中液氢的温度达零下253摄氏度,液氧的温度达零下183摄氏度,人送外号:“冰箭”。

体型大,“脸皮”却薄。你能想到吗?长征五号的外壳厚度最薄处竟然只有1毫米多,整流罩的“蒙皮”厚度仅有0.3毫米。对比巨大的箭体,真可谓“薄如蝉翼”。长征五号运载火箭结构设计员李操说:“火箭壳体薄了,火箭的重量就减轻了,就能加载更多燃料,运送更多有效载荷。”

大块头有大力气。长征五号的起飞推力超过1000吨,近地轨道运载能力达到25吨,远地轨道运载能力达到14吨,是长征二号F火箭近两倍,堪称长征家族排名第一的飞天“大力士”。

为了发射这个“巨无霸”,科研人员为其量身定制了新“座驾”。此前,长征二号F火箭的发射平台重达800吨,但与长征五号的发射平台相比,只赶得上后者的一个零头——新研制的大火箭活动发射平台,总重量达到了1800多吨,是目前亚洲最大的火箭发射平台。

>>技术新

火箭主承力构件用3D打印

长征火箭从2米25、3米35直径,到现在的5米直径,不仅仅是简单的腰围增加,而是巨大的技术跨越。

这个“大力士”可谓集最新技术的“宠爱”于一身,如果要准确描述它,“首次”“突破”将会是高频词。据统计,长征五号研制全程共突破了240多项关键技术,其中有12项是重大关键技术突破,实现了由内而外的全面升级。在与世界现役火箭的对比中,栾恩杰院士得出结论:“长征五号的整体性能和总体技术,已达到国际先进水平。”

“出生”数字化——长征五号在研制过程中首次全面推进先进的数字化设计手段,引进三维数字化设计工具,构建了我国运载火箭研制历史上第一个全三维数字火箭,开创了火箭型号数字化研制的先河。作为运载火箭的主承力构件,长征五号的钛合金芯级捆绑支座竟然是3D打印出来的,不仅强度更高,加工速度更快,重量还比原来的高强钢设计减少30%。航天科技一院长征五号运载火箭总设计师李东告诉记者,3D打印将为今后火箭的主承力部段轻量化结构设计与制造,提供强有力的技术支撑。

“心脏”系列化——长征五号的研制,牵引出三型高性能新型火箭发动机,均采用无毒无污染的推进技术。其中,120吨级液氧煤油发动机推力大、比冲高,已成为我国新一代运载火箭各个不同构型火箭共用的基础动力装置;50吨级液氧液氢发动机,在国际同类发动机中处于先进水平;8吨级膨胀循环先进上面级液氧液氢发动机技术,可以大大提高发动机的自身可靠性,为我国首创。“三型发动机的研制,使我国运载推进技术水平大幅提高。”栾恩杰说。

“座驾”一体化——首次亮相的大火箭活动发射平台实现了10多项技术突破,它的最大亮点是将原来发射塔上的上百台地面设备集成在现有发射平台上,实现了机、电、液、气等众多系统的一体化,使火箭在发射塔的准备流程成倍缩短。科研人员还开发出了“十二点调平技术”,只需操作按钮,就能使大火箭实现自动调平,让火箭“坐”得又直又稳。

“脑袋”通用化——长征五号不仅坐得更稳,“脑袋”也更“灵光”。现役火箭头部的整流罩都是金属铝结构,卫星装在里面无法与外界通讯。为了保持卫星与地面的通讯畅通,必须在整流罩上开个口,用其他透波材料打个补丁,就像“开天窗”一样。“因为每次装载的卫星不同, 天窗 的位置每次都不一样,因此整流罩不具备通用性。”长征五号运载火箭结构设计师戴政介绍说,长征五号的整流罩首次采用了全透波结构,就像给卫星信号开了个“全景天窗”,通用性极强,将使后续火箭整流罩的设计和生产效率得到大幅提高。

>>研制难

从论证到发射经历整30年

从2006年立项至今,长征五号冲刺了10年。但是,从提出论证到如今,长征五号整整走了30年,可谓30年磨一“箭”。

上个世纪80年代中期,时任长征三号甲系列运载火箭总设计师龙乐豪,带领团队深入研究国际航空发展方向,结合我国当时的技术基础,提出了发展大火箭的设想。从那时起,中国开启了大火箭的漫漫征途。

1986年,在国家“863”计划支持下,我国开始了论证研制新一代运载火箭。

1995年,我国开展新一代运载火箭方案论证以及液氧煤油与氢氧两种大推力火箭发动机关键技术研究。

2000年,120吨级液氧煤油发动机立项研制。

2001年,50吨级液氢液氧发动机立项研制。

2006年,国务院正式批准新一代运载火箭基本型长征五号立项研制,从此开始长达10年的攻坚磨砺。

航天科技一院长征五号运载火箭总设计师李东告诉记者,仅就火箭捆绑结构而言,由于长征五号火箭芯级推力每个捆绑点高达330吨,比以往的中型火箭增加了3倍多,这就意味着大火箭必须采取全新的设计。在没有任何经验可以借鉴的情况下,航天科技集团一院的设计人员,进行了上千次的结构模型分析和优化,历时数年终于完成了“大推力捆绑结构设计”,实现了我国火箭结构设计史上的重大突破。

5米直径大型箭体结构为我国运载火箭首次采用,是火箭实现运载能力重大跨越的基础,无论是设计、制造还是试验,难度都极大。据科研人员介绍,仅新型贮箱的焊缝就有近2公里长,是长征二号和长征三号两种火箭的总和。这2公里的焊缝,可谓是长征五号集梦想与艰难于一体的攻关之旅的生动写照。

一组数据见证了长征五号诞生的艰难:据统计,长征五号总的研制项目达到800余项,科研人员累计开展试验1289项,各种地面试验总计超过两万余次,生产各类单机一万八千多台,仅电气系统的元器件就有11万个,是长征二号、长征三号两型火箭元器件总和的1.5倍。“长征五号一个助推器所需要分析的动力学特性参数,几乎是过去一枚火箭的工作量。”航天科技集团某所试验主管王鹏辉说。

想未来

未来探月探火都将用长五

在我国运载火箭升级换代中,长征五号究竟扮演什么样的角色?

“就像长征二号是现役火箭系列的 始祖 ,长征五号将是我国新一代运载火箭的 始祖 。”龙乐豪院士说:“这两种型号都是划时代的奠基之作。”当年,长征二号研制成功后,中国航天人以这个型号为基础,开发了长征二号系列、长征三号系列和长征四号系列运载火箭。

如今,长征五号接过“接力棒”,将担负起引领我国无毒、无污染新一代运载火箭系列化型谱化的重任。此前,已经成功完成首飞的长征六号、长征七号运载火箭,均是由长征五号研发技术延伸出来的“缩小版”型号。未来,科研人员还将根据长征五号的技术基础,开发出新一代的长征系列大火箭,包括未来载人登月用的重型火箭,都将以长征五号为研发原型。

大火箭,大梦想,大推力。长征五号研制成功,大幅提升了我国进入太空的能力,是我国由航天大国向航天强国迈进的重要支撑和显著标志。不久的将来,长征五号将陆续运载新型月球探测器、火星探测器进入太空,中国空间站计划也将在长征五号的助推下成为现实。按计划,2017年嫦娥五号落月采样返回、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。

作为中国大运载时代的“开拓者”、深空探测的“主力军”,长征五号开启的未来将会更加精彩。展望发展前景,栾恩杰院士充满信心。他设想:有了大火箭,中国将来还可以建设太空望远镜、太空发电站等设施。长征五号执行“一箭多星”式发射任务的能力更强,未来构建全球定位系统、全球通信系统等,所花费的时间将大幅缩短。

追历史

“长征火箭家族”成长记

长征一号、长征二号、长征三号、长征四号、长征六号、长征十一号、长征七号、长征五号等,形成了具有中国特色的长征系列运载火箭家族。

“长征火箭家族”的诞生要从1958年说起。1957年10月,苏联发射了第一颗人造地球卫星。1958年5月,毛泽东在中国共产党八届二中全会上提出,“我们也要搞人造卫星”。1966年5月,我国第一颗人造地球卫星定名为东方红一号,运载火箭定名为长征一号。经过长期艰苦的努力和探索,1970年4月24日,长征一号运载火箭在酒泉卫星发射中心将中国首颗自主研制的东方红一号科学试验卫星成功送入太空。中国由此成为继苏、美、法、日后,第五个能够独立发射人造地球卫星的国家。

1975年11月26日,长征二号运载火箭发射返回式卫星一举成功,3天后卫星返回地面。我国成为世界上第三个掌握航天器返回技术的国家。

长征二号先后有长征二号C、长征二号D、长征二号E、长征二号F等改进型。其中,长征二号F运载火箭是我国第一个载人运载火箭,1999年首飞成功,2003年10月15日,长征二号F运载火箭将神舟五号飞船送入太空。我国成为世界上第三个掌握载人航天技术的国家。

长征三号运载火箭是在长二基础上于1984年研制成功的,增加了第三级低温高能液氢液氧发动机。为了适应通信卫星容量和重量不断增大和变化的要求,此后我国相继研制出长三甲、长三乙、长三丙三种运载火箭,被称为“长三甲”系列,不仅拓展了我国火箭使用范围,也成功打入了国际市场。

2007年10月24日,长征三号甲运载火箭成功将中国首颗月球探测卫星嫦娥一号送入预定轨道。2013年12月2日,长征三号乙运载火箭将嫦娥三号探测器成功送入太空。之后,嫦娥三号探测器圆满实现月面软着陆,玉兔号月球车实现月面巡视勘察,我国成为世界上第三个成功实现航天器地外天体软着陆的国家。

2016年6月25日,我国新一代中型运载火箭长征七号在中国文昌航天发射场首飞成功。这是长征系列运载火箭的第230次飞行。作为我国新一代高可靠、高安全、无毒、无污染的中型运载火箭,长征七号近地轨道运载能力达到13.5吨,比大家熟悉的长征二号F提高了近60%。长七首飞,是中国以建设空间站为目标的空间实验室任务第一次发射,标志着中国载人航天工程空间实验室任务顺利开启。

昨天,长征五号成功首飞,这意味着“长征火箭家族”面向太空的长征又踏出了新的一步。

看世界

全球“大火箭” 

阿丽亚娜5型火箭 欧洲生产的大推力运载火箭,于1996年首次试验发射,1999年正式投入商业发射。火箭长50.5米,直径5.4米,可将10吨载荷运至地球同步转移轨道,近地轨道运载能力可达20吨。

安加拉5型火箭 俄罗斯的大型运载火箭,于2014年首次发射成功。火箭长55米,最大总重750吨以上,近地轨道运力近25吨,地球同步转移轨道运力最大可达7吨以上。

宇宙神5型火箭 是美国军方航天发射采用的主要火箭之一,可实施相对小质量载荷的近地轨道与地球同步转移轨道级别发射任务,其地球同步转移轨道运力为8.9吨,近地轨道运力为18.85吨。

德尔塔4型火箭 本世纪初美国低成本火箭研究计划的第一个产物,是具有11吨至25吨近地轨道运力的中型大推力火箭。

A04版—A05版稿件 综合新华社 解放军报

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