本文專家:林文杰，科普作家，工程師，川陀智庫高級研究員
 

12月27日20時45分，長征五號遙三運載火箭在中國文昌航天發射場點火升空，2000多秒后將實踐二十號衛星送入預定軌道，發射飛行試驗取得圓滿成功。此次發射飛行試驗主要考核長征五號火箭總體方案、各分系統方案的正確性、協調性，對后續航天任務的相關關鍵技術進行驗證。

 

這是長征五號火箭的第三次發射，也是長征系列運載火箭第323次發射。

 

海南文昌航天發射場


在長征五號前兩次發射中，一次成功一次失利。

2016年11月3日，遙一（第一次發射）火箭首射成功。

 

長征五號遙一火箭
 

2017年7月2日，遙二火箭（第二次發射）飛行至346秒時突發故障，發射任務失利。

 

長征五號遙二火箭

 

今晚發射的長征五號遙三火箭，是遙二火箭發射失利后長征五號的首次復飛，所以這第三次回歸發射就顯得格外重要。 

為什么會叫“胖五” ？ 

長征五號也有一個好玩的綽號

叫做胖五火箭

這是因為長征五號看上去比較“胖”

為什么這么“胖”呢？ 

這還得從長征五號的基本參數說起

長征五號只有兩級，高57米

直徑5米，質量約為870噸

57米的身高在全球運載能力

達20噸級的火箭中個頭算中等的

與之相比

美國的Delta 9250H

（德爾塔-4）高度為72米

俄羅斯的質子火箭高度為53米

歐洲的阿麗亞娜火箭高度為52米

所以

長征五號并不是“矮胖” 

 

那為什么還顯得“胖”？

主要是因為助推器的

尺寸和數量在這些火箭中偏大

換句話說

就是“腰圍”太粗 

長征五號的芯一級外圍繞著4個助推火箭

每個直徑3.35米，高度27.6米

2個助推器的直徑就6.7米了

加上長五芯一級5米的直徑

長五的“寬度”看上去就超過12米了 

加之有4個助推器

和長征系列其他火箭或

世界上同量級的其他火箭一對比

長征五號就咋看咋“胖”了 

長征五號的性能和特點 

長征五號雖然胖

但是性能一點都不差

作為中國現役運載能力最強的火箭 

長征五號近地軌道運載能力達到25噸

與美俄歐的現役主力運載火箭不相上下 

都屬于20噸級范疇

 

但長征五號的動力有個特點

它使用了兩種燃料和相應的發動機

芯一級使用了兩臺

YF-77氫氧發動機

采用液氧和液氫作為燃料

與之類似

芯二級使用了兩臺

YF-75D氫氧發動機

而助推火箭使用的則是

YF-100液氧煤油發動機

采用液氧和煤油作為燃料

“胖五”助推器和其他火箭的比較 

在助推器的使用上，各國火箭和胖五相比，各有優劣：

1、日本的H-IIB火箭使用4枚固體助推器（使用固體助推器可以大大縮小體積，相比使用液氧煤油發動機的助推器）；

2、俄羅斯質子火箭設計比較獨特，第一級為6個助推器，芯級作為燃料存儲箱，助推器內為RD-253液體燃料發動機，雖然不是液氧煤油，但卻是有劇毒的偏二甲肼、四氧化二氮液體燃料；

 

俄羅斯質子火箭
 

3、歐洲阿麗亞娜火箭為兩枚固體助推器；

 

歐洲阿麗亞娜火箭


4、美國的宇宙神5火箭也是固體助推器。

“胖五”為什么要使用兩類發動機？ 

氫氧發動機的優勢是 

無毒，比沖較高

比沖

定義為單位推進劑的量所產生的沖量

顯然我們希望攜帶同樣重量的燃料

能產生的沖量越大越好

即比沖值越大越好 

長五芯一級使用2臺YF-77氫氧發動機

是為了獲得更大的比沖

氫氧發動機的比沖高于液氧煤油發動機

但氫氧發動機的問題也很多：

1、液氫液氧需要大罐子才能裝下，比如航天飛機使用的外部燃料箱，體積巨大。

2、液氫液氧加注需要格外小心，靜電會引發爆炸，還需要低溫存儲（液氫的沸點是-252℃）。

3、液氫的價格也非常高，這都限制了液氫液氧發動機的大規模使用。

 

液氧煤油發動機的優勢 

是安全性高、價格低

長五上搭載了8臺液氧煤油發動機

作為起飛的主要推力來源 

如果助推器使用液氧煤油發動機

那么芯一級就要搭配氫氧發動機

這是一個優化的結果

因此YF-77氫氧發動機

作為長五火箭的芯一級

不是氫氧發動機特別優秀

而是一個最佳配比選擇 

主力仍然是液氧煤油發動機

長征五號為什么重要？

長征五號的重要性在于其

25噸近地軌道運載能力 

是我們急需的 

接下來建造空間站

需要長征五號火箭支持

過去我們使用的

長二、長三火箭運載能力偏低

發射衛星倒是問題不大

但是要將大型載荷送上軌道

就需要長征五號這樣的火箭

比如我國設計的空間站需要兩個實驗艙

每個接近20噸

長征五號的運力剛好能夠滿足要求

 

中國空間站核心艙
 

除了建造空間站外

發射大型空間望遠鏡

獲得第一手的觀測數據

也需要長征五號的超強運載能力

才能作出更多的原創性天文發現

此外，要將更大的月球車、火星車

送到月球、火星上

也需要長征五號

 

月球車

因此

長征五號對于中國航天而言

是非常關鍵的承上啟下關系

建設空間站、 嫦娥五號、 

火星探測器、空間望遠鏡等

相關科研項目

都在熱切期待著

長征五號復飛成功的這份大禮

“胖五”的成功復飛 

是2019年末中國航天人 

送給大家的一份大禮 

過去我們不能建造空間站

有了長征五號之后可以

在近地軌道上展開多種科研任務

空間站可以作為長期有人照料基地使用

進行科研活動

為國民經濟、農業帶來新的成果

對我們的日常生活也有積極的影響

他來了！他來了！他帶著禮物回來了！

圖文簡介

終于…