在天津港，長征5號運載火箭裝載在遠(yuǎn)望號火箭運輸船上。（圖片來源：北京日報）

　　新聞背景

10月28日，在海南文昌發(fā)射場完成技術(shù)區(qū)相關(guān)工作后，首次實施飛行任務(wù)的我國最大推力新一代運載火箭長征5號成功垂直轉(zhuǎn)運至發(fā)射區(qū)，計劃于11月初擇機發(fā)射。

由中國航天科技集團研制的長征5號運載火箭是我國新一代大型低溫液體捆綁式運載火箭。其地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力達13噸，近地軌道運載能力達25噸，可與目前國外現(xiàn)役大型火箭相媲美。其主要特點就是力氣大、身體壯、成本低、沒污染、更可靠……

　　為什么要打造長征5號

目前，我國常規(guī)的“長征”系列運載火箭已取得了舉世矚目的成就，可靠性達到世界先進水平，基本能夠滿足我國進入太空的運輸需要。

不過，進入21世紀(jì)以來，世界主要航天強國均推出了新一代大型運載火箭，如美國的宇宙神5號、德爾他4號和歐洲的阿里安5號等。它們不僅推力大，近地軌道運載能力達到20噸級，而且使用便宜、無毒和無污染的低溫推進劑。

與國外同類火箭相比，我國現(xiàn)役成熟火箭尚有一定差距。例如，運載能力較小；大部分還使用成本高、有毒、有污染的推進劑。

為了滿足未來我國重大航天工程任務(wù)的需求，尤其是今后20-30年航天發(fā)展的需求，趕上國外新型大推力運載火箭的先進水平，2006年10月，我國立項開始研制長征5號新一代大型運載火箭。它具有一系列新特點：大直徑、大推力、少級數(shù)、系列化、低成本、高可靠、易操作、無污染、適用廣等，運載能力與國外主流運載火箭的水平持平。

長征5號全箭采用了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)星和飛船，采用新技術(shù)的比例一般不超過30%。以往“長征”火箭使用零部件最多幾萬個，而長征5號火箭使用的零部件達十幾萬個，其設(shè)計量是以往“長征”火箭的3.5倍以上。

按計劃，2017年，我國將用長征5號發(fā)射嫦娥5號月球采樣返回器，2018年將開始陸續(xù)發(fā)射20噸級的空間站艙段，2020年將發(fā)射我國首個火星探測器……

　　體格大、力氣大、難度大

作為我國目前運載能力最大的新一代運載火箭，長征5號集成了多項最新航天技術(shù)。例如，首次采用5米直徑箭體結(jié)構(gòu)，首次使用無毒無污染的液氫/液氧與液氧/煤油發(fā)動機組合起飛方案。由于體格大、力氣大、難度大，因而長征5號又簡稱為“大火箭”，是目前亞洲第一重型火箭。

長征5號上裝有3種共12臺新型大推力低溫發(fā)動機和充足的燃料，所以動力十分強勁。其起飛推力超過1000噸，使我國進入空間能力一下提升了2.5倍以上，越過了國際上大型運載火箭低軌道運載能力20噸、高軌道運載能力10噸的“門檻”，有些技術(shù)指標(biāo)還超過美歐等世界主力大型火箭。

其芯級直徑達5米，并捆綁有4個直徑3.35米的助推器。此前，我國火箭芯級直徑都是3.35米，助推器直徑為2.25米。由于長征5號身材較粗，所以大家都親切地叫它“胖五”。長征5號被設(shè)計成“大體格”是為了容納更多的推進劑，產(chǎn)生更大推力。這樣也可以減少火箭的級數(shù)，從而減少火箭的分離次數(shù)，提高火箭的可靠性和控制能力。這是當(dāng)代新型大推力火箭的發(fā)展趨勢。

另外，長征5號的芯級發(fā)動機采用液氫/液氧燃料，而助推器采用液氧/煤油燃料。這種同時采用兩種無毒無污染的低溫燃料發(fā)動機組合起飛方案在我國是首次。之所以采用這種復(fù)雜的組合起飛方案，是因為芯一級、芯二級工作時間長，所以適宜采用高比沖的液氫/液氧動力系統(tǒng)；助推器工作時間相對較短，因此適宜采用推力大、推進劑密度大的液氧/煤油動力系統(tǒng)，使發(fā)動機的密度比沖增加。采用這種方案，火箭規(guī)模最小，使用的發(fā)動機臺數(shù)最少，從而可以有效提高運載能力與運載效率。

其芯級全部采用低溫推進劑，這在我國運載火箭的研制歷史上也是頭一次。由于液氫溫度為-253℃，液氧為-183℃，所以長征5號內(nèi)部是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于冰點的超低溫，是名副其實的“冰箭”。由于其燃燒產(chǎn)生的是水，所以該火箭實現(xiàn)了無毒、無污染，這也標(biāo)志著我國在運載火箭的可靠性、安全性、適應(yīng)性及環(huán)境友好性方面又上了一個新臺階。

　　“挑擔(dān)子”改成“抬轎子”

長征5號之所以實現(xiàn)各項性能指標(biāo)的國際先進性，是因為全面突破了12項重大關(guān)鍵技術(shù)，它包括：5 米直徑大型箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造、試驗技術(shù)；120噸級液氧/煤油發(fā)動機技術(shù)；50噸級液氧/液氫發(fā)動機技術(shù)；9噸級推力液氫/液氧發(fā)動機技術(shù)；大型低溫火箭的蹺振抑制技術(shù)；采用循環(huán)預(yù)冷技術(shù)的低溫增壓輸送系統(tǒng)及新型閥門技術(shù)；助推器發(fā)動機擺動及前支點傳力大型液體運載火箭姿態(tài)控制技術(shù)，等等。這些均是我國運載火箭研制史上首次遇到的重大的核心關(guān)鍵技術(shù)，在世界火箭研制中也屬高難問題。

另外，還突破了許多其他技術(shù)，例如，其垂直轉(zhuǎn)運技術(shù)就非同一般。由于長征5號火箭長約57米，相當(dāng)于20層樓高，重約600多噸，所以在垂直轉(zhuǎn)運它時，利用半個足球場大的活動發(fā)射平臺馱著它在2800米的無縫鋼軌上“走”了大約2小時，即其垂直轉(zhuǎn)運速度不超過每分鐘30米。一路上，活動發(fā)射平臺不僅要載著長征5號火箭出行，還要為火箭供氣、供電。這樣一來，火箭轉(zhuǎn)場中就可保持箭地連接不變，從而減少了發(fā)射區(qū)的工作，縮短了發(fā)射流程。

在轉(zhuǎn)場方法上，它與現(xiàn)役火箭也有著很大的不同。其它火箭是“挑擔(dān)子”，長征5號火箭是“抬轎子”，目的是“走”得更穩(wěn)。這是什么意思呢？在火箭垂直轉(zhuǎn)場中，現(xiàn)役火箭芯一級的“腳下”共有4個支撐臂，用于讓火箭穩(wěn)穩(wěn)地“站”在“座駕”上。火箭助推器則是被芯一級“挑”著“走”，所以叫“挑擔(dān)子”。而長征5號火箭在轉(zhuǎn)場時，有12個支撐臂，但它們是被平均分布在4個助推器的“腳下”，因此是4個助推器“抬”著芯一級走，所以很像“抬轎子”。其轉(zhuǎn)場可抵八到九級風(fēng)，而且攔腰不用任何防風(fēng)減載裝置。垂直轉(zhuǎn)運的順利完成，標(biāo)志著長征5號運載火箭首飛任務(wù)正式進入發(fā)射階段。

　　可像搭積木一樣組合

在廣泛而深入分析、研究世界最新運載火箭技術(shù)和未來發(fā)展趨勢基礎(chǔ)上，我國長征5號系列運載火箭采用了“一個系列、兩種發(fā)動機、三個模塊”的總體思路，貫徹了“通用化、組合化、系列化”的設(shè)計方針。三個模塊和芯二級進行不同組合，可構(gòu)成芯級直徑5米的新一代大型運載火箭系列的6個構(gòu)型，在新一代大型運載火箭基礎(chǔ)上還能衍生出新一代中型、小型運載火箭。采用模塊化的設(shè)計思想可以實現(xiàn)技術(shù)共用，提高可靠性，節(jié)省成本，縮短研制周期。

長征5號基本型是帶助推器的兩級半火箭，全長57米。其起飛質(zhì)量878噸，起飛推力1078噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力為14噸，用于發(fā)射嫦娥5號月球采樣返回器等。

長征5號B火箭是在長征5號基礎(chǔ)上去掉了第2級，用于發(fā)射我國20噸級空間站艙段。這一帶助推器的一級半火箭全長53.7米，起飛重量837.5噸，起飛推力也是1078噸，近地軌道運載能力大于22噸。

長征5號/遠(yuǎn)征2號為帶助推器的三級火箭。它是在長征5號基本型的基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)征2號上面級作為第三級。它主要執(zhí)行大型地球靜止軌道、“北斗”導(dǎo)航中圓軌道等發(fā)射任務(wù)。這次首射的長征5號就是這一型號。

　　為什么要在靠近海岸發(fā)射

大推力火箭是完成建造載人空間站、深空探測等重大航天工程任務(wù)的首要前提，也是人類重返月球、登陸火星的必要條件。然而，大推力火箭的直徑都很大，對于我國內(nèi)陸的3個發(fā)射場來說，運送大型火箭一直是個老大難的問題，因為當(dāng)直徑超過3.5米時，運送火箭的火車無法通過涵洞。

長征5號系列運載火箭的直徑為5米，所以無法用火車運抵我國3個內(nèi)陸發(fā)射場。而文昌衛(wèi)星發(fā)射中心位于海南靠近海岸的地方，且有良好的港口，可以停泊運送大型火箭的船只。這就是在海南文昌發(fā)射長征5號運載火箭最重要的原因。它采用公路-海路-公路運輸方式，由2艘專用運輸船將長征5號運載火箭從天津運至海南。我國未來的重型運載火箭直徑約10米，所以很可能也將在海南文昌發(fā)射。（記者 火亮）