本文專(zhuān)家:林文杰，科普作家，工程師，川陀智庫(kù)高級(jí)研究員
 

12月27日20時(shí)45分，長(zhǎng)征五號(hào)遙三運(yùn)載火箭在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，2000多秒后將實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，發(fā)射飛行試驗(yàn)取得圓滿成功。此次發(fā)射飛行試驗(yàn)主要考核長(zhǎng)征五號(hào)火箭總體方案、各分系統(tǒng)方案的正確性、協(xié)調(diào)性，對(duì)后續(xù)航天任務(wù)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

 

這是長(zhǎng)征五號(hào)火箭的第三次發(fā)射，也是長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭第323次發(fā)射。

 

海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)


在長(zhǎng)征五號(hào)前兩次發(fā)射中，一次成功一次失利。

2016年11月3日，遙一（第一次發(fā)射）火箭首射成功。

 

長(zhǎng)征五號(hào)遙一火箭
 

2017年7月2日，遙二火箭（第二次發(fā)射）飛行至346秒時(shí)突發(fā)故障，發(fā)射任務(wù)失利。

 

長(zhǎng)征五號(hào)遙二火箭

 

今晚發(fā)射的長(zhǎng)征五號(hào)遙三火箭，是遙二火箭發(fā)射失利后長(zhǎng)征五號(hào)的首次復(fù)飛，所以這第三次回歸發(fā)射就顯得格外重要。 

為什么會(huì)叫“胖五” ？ 

長(zhǎng)征五號(hào)也有一個(gè)好玩的綽號(hào)

叫做胖五火箭

這是因?yàn)殚L(zhǎng)征五號(hào)看上去比較“胖”

為什么這么“胖”呢？ 

這還得從長(zhǎng)征五號(hào)的基本參數(shù)說(shuō)起

長(zhǎng)征五號(hào)只有兩級(jí)，高57米

直徑5米，質(zhì)量約為870噸

57米的身高在全球運(yùn)載能力

達(dá)20噸級(jí)的火箭中個(gè)頭算中等的

與之相比

美國(guó)的Delta 9250H

（德?tīng)査?4）高度為72米

俄羅斯的質(zhì)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(zhǎng)征五號(hào)并不是“矮胖” 

 

那為什么還顯得“胖”？

主要是因?yàn)橹破鞯?/p>

尺寸和數(shù)量在這些火箭中偏大

換句話說(shuō)

就是“腰圍”太粗 

長(zhǎng)征五號(hào)的芯一級(jí)外圍繞著4個(gè)助推火箭

每個(gè)直徑3.35米，高度27.6米

2個(gè)助推器的直徑就6.7米了

加上長(zhǎng)五芯一級(jí)5米的直徑

長(zhǎng)五的“寬度”看上去就超過(guò)12米了 

加之有4個(gè)助推器

和長(zhǎng)征系列其他火箭或

世界上同量級(jí)的其他火箭一對(duì)比

長(zhǎng)征五號(hào)就咋看咋“胖”了 

長(zhǎng)征五號(hào)的性能和特點(diǎn) 

長(zhǎng)征五號(hào)雖然胖

但是性能一點(diǎn)都不差

作為中國(guó)現(xiàn)役運(yùn)載能力最強(qiáng)的火箭 

長(zhǎng)征五號(hào)近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到25噸

與美俄歐的現(xiàn)役主力運(yùn)載火箭不相上下 

都屬于20噸級(jí)范疇

 

但長(zhǎng)征五號(hào)的動(dòng)力有個(gè)特點(diǎn)

它使用了兩種燃料和相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)

芯一級(jí)使用了兩臺(tái)

YF-77氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)

采用液氧和液氫作為燃料

與之類(lèi)似

芯二級(jí)使用了兩臺(tái)

YF-75D氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)

而助推火箭使用的則是

YF-100液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)

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(guó)火箭和胖五相比，各有優(yōu)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(fā)動(dòng)機(jī)的助推器）；

2、俄羅斯質(zhì)子火箭設(shè)計(jì)比較獨(dú)特，第一級(jí)為6個(gè)助推器，芯級(jí)作為燃料存儲(chǔ)箱，助推器內(nèi)為RD-253液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，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(zhì)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(guó)的宇宙神5火箭也是固體助推器。

“胖五”為什么要使用兩類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)？ 

氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)是 

無(wú)毒，比沖較高

比沖

定義為單位推進(jìn)劑的量所產(chǎn)生的沖量

顯然我們希望攜帶同樣重量的燃料

能產(chǎn)生的沖量越大越好

即比沖值越大越好 

長(zhǎng)五芯一級(jí)使用2臺(tái)YF-77氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)

是為了獲得更大的比沖

氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖高于液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)

但氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)題也很多：

1、液氫液氧需要大罐子才能裝下，比如航天飛機(jī)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(huì)引發(fā)爆炸，還需要低溫存儲(chǔ)（液氫的沸點(diǎn)是-252℃）。

3、液氫的價(jià)格也非常高，這都限制了液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)的大規(guī)模使用。

 

液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì) 

是安全性高、價(jià)格低

長(zhǎng)五上搭載了8臺(tái)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)

作為起飛的主要推力來(lái)源 

如果助推器使用液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)

那么芯一級(jí)就要搭配氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)

這是一個(gè)優(yōu)化的結(jié)果

因此YF-77氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)

作為長(zhǎng)五火箭的芯一級(jí)

不是氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)特別優(yōu)秀

而是一個(gè)最佳配比選擇 

主力仍然是液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)

長(zhǎng)征五號(hào)為什么重要？

長(zhǎng)征五號(hào)的重要性在于其

25噸近地軌道運(yùn)載能力 

是我們急需的 

接下來(lái)建造空間站

需要長(zhǎng)征五號(hào)火箭支持

過(guò)去我們使用的

長(zhǎng)二、長(zhǎng)三火箭運(yùn)載能力偏低

發(fā)射衛(wèi)星倒是問(wèn)題不大

但是要將大型載荷送上軌道

就需要長(zhǎng)征五號(hào)這樣的火箭

比如我國(guó)設(shè)計(jì)的空間站需要兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙

每個(gè)接近20噸

長(zhǎng)征五號(hào)的運(yùn)力剛好能夠滿足要求

 

中國(guó)空間站核心艙
 

除了建造空間站外

發(fā)射大型空間望遠(yuǎn)鏡

獲得第一手的觀測(cè)數(shù)據(jù)

也需要長(zhǎng)征五號(hào)的超強(qiáng)運(yùn)載能力

才能作出更多的原創(chuàng)性天文發(fā)現(xiàn)

此外，要將更大的月球車(chē)、火星車(chē)

送到月球、火星上

也需要長(zhǎng)征五號(hào)

 

月球車(chē)

因此

長(zhǎng)征五號(hào)對(duì)于中國(guó)航天而言

是非常關(guān)鍵的承上啟下關(guān)系

建設(shè)空間站、 嫦娥五號(hào)、 

火星探測(cè)器、空間望遠(yuǎn)鏡等

相關(guān)科研項(xiàng)目

都在熱切期待著

長(zhǎng)征五號(hào)復(fù)飛成功的這份大禮

“胖五”的成功復(fù)飛 

是2019年末中國(guó)航天人 

送給大家的一份大禮 

過(guò)去我們不能建造空間站

有了長(zhǎng)征五號(hào)之后可以

在近地軌道上展開(kāi)多種科研任務(wù)

空間站可以作為長(zhǎng)期有人照料基地使用

進(jìn)行科研活動(dòng)

為國(guó)民經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)帶來(lái)新的成果

對(duì)我們的日常生活也有積極的影響

他來(lái)了！他來(lái)了！他帶著禮物回來(lái)了！

圖文簡(jiǎn)介

終于…