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“胖5”归来,中国最强火箭成功发射,即将开启中国航天黄金时代
2022-11-23

中国最强火箭+最重卫星,长征五号运载火箭时隔两年半复飞圆满成功。

北京时间 12 月 27 日晚上 8 点 46 分,中国运载能力最强火箭长征五号遥三运载火箭在海南文昌发射中心点火发射升空。

火箭升空 2000 多秒后,二级火箭与搭载卫星成功分离,卫星进入预定轨道,火箭发射任务完满成功。中国航天也以一记最重磅发射为 2019 年宇航任务完美收官。

图 | 火箭点火升空(来源:航天科技集团/宿东)

此次发射的实践二十号卫星是地球同步轨道新技术验证卫星,卫星重量达到 8吨,成为我国最重的一颗卫星。该卫星将实施多项新技术验证工作,并开展地球同步轨道通信广播业务。

作为此次发射任务的关注焦点,长针 5 号火箭是中国推力最大、运载能力最强的运载火箭,近地轨道运载能力达到 25 吨,足以比肩世界范围内最著名的几款重型运载火箭,如 SpaceX 的猎鹰 9、欧洲的阿里安 5 等。

如今中国探月工程、载人航天工程和其他深空探索任务不断推进,急需一枚超强载重能力的运载火箭。

图 | 长征五号运载火箭垂直转运(来源:航天科技集团/史啸)

2016 年 11 月,长征五号在首次发射任务中获得成功,但在 2017 年 7 月的第二次发射过程中,一级火箭故障直接导致卫星未能进入预定轨道,最终任务失败,这一结果也让长征五号这款年轻火箭的前途蒙上了阴影。

也正因此,此次长征五号复飞,其成败也将直接影响多个重大航天项目的进度,甚至是长征五号火箭本身的命运也与发射结果息息相关。

随着此次发射任务圆满成功,等待已久的探月工程、中国载人空间站,以及中国首次火星探测计划都将有望在 2020 年迎来重大突破。

中国航天史最强火箭

在关键的运载能力、起飞质量、芯级火箭直径等方面,长征五号都是中国航天领域当之无愧的最强火箭。

长征五号运载火箭起飞质量约为 878 吨,采用二级半构型。火箭总长约 57 米,立起来的状态下高度相当于 20 层楼高。

中间的芯级火箭直径达到 5 米,这也是过往中国火箭当中直径最大的一型火箭,被亲切地称为“胖5”。

图 | 长征五号运载火箭垂直转运(来源:航天科技集团/史啸)

长征五号火箭由中国运载火箭技术研究院抓总研制,个头大、力气大,所以大家都叫它“大火箭”。其实,“长五”火箭也被称为“冰箭”,这缘于“长五”火箭“肚子”里满满的深低温燃料。

由于使用液氢液氧推进剂,其中液氢的温度达 -253℃,液氧的温度可达 -183℃,已经达到了温度的极限。

而这个“庞然大物” 90% 以上的重量都是液氢液氧燃料。看来,“长五”火箭果真是一型名副其实的“冰箭”。

为何要把长五打造成“冰箭”呢?首先是环保,更重要的是运载能力大。

包括长征二号、三号、四号在内采用的多是偏二甲肼和四氧化二氮推进剂,这类火箭因燃烧后会产生剧毒而被戏称为“毒箭”,同时发射成本也并不占优势。过去几十年里,这些“毒箭”一直被使用的原因,就是因为技术难度相对较低,目前这种火箭型号正在被中国和俄罗斯逐渐淘汰和替换。

而在长征五号火箭上,液氢液氧燃烧后产生的是水,无毒无污染。更重要的是,液氢液氧燃烧产生的运载能力堪称巨大。也因此,“长五”火箭被称为“大力士”,捆上助推器后,长征五号火箭的低轨道运载能力达到 23 吨,足以将 10 辆中大型 SUV 送上低地球轨道。

这意味着火箭的运载能力已经可以比肩猎鹰 9、宇宙神 5 号等著名的运载火箭,在数字上已经是中国其他现役火箭最大运载能力的 2.5 倍左右。

强大的运载能力来自于火箭发动机组合。

长征五号一级火箭下面配备 2 台地面推力 50 吨级的 YF-77 氢氧发动机。这是我国目前研制的推力最大的氢氧火箭发动机,与中国此前的氢氧发动机相比,推力提高了近 9 倍,整体水平与国际接轨。

同时芯级火箭四周还捆绑了 4 个直径都为 3.35 米的助推器,每个助推器分别配备 2 台地面推力达到 120 吨级的 YF-100 液氧煤油发动机,共可产生 960 吨的起飞推力。

据了解,120 吨液氧煤油发动机,是目前我国推力最大的火箭发动机。

火箭起飞时,芯级火箭和助推器上的 10 台发动机同时点火,起飞推力达 1060 吨,这也是我国异型发动机起飞技术的重大突破。

十年磨一“箭”

中国航天经过 60 年的发展,在关键的火箭领域,“长征”家族已经逐渐发展成熟,跻身世界一线行列。

而到 21 世纪,世界主要航天强国均推出了新一代运载火箭,如美国的宇宙神 5 、 德尔塔 4 ,欧洲的阿里安 5 等,以及近几年最为风光的 SpaceX 的猎鹰9、重型猎鹰火箭。

这些重型火箭的运载能力远超普通中小型火箭,在重大的航天任务中扮演着不可或缺的角色。

相比之下,中国运载火箭在运载能力等方面与国外同类火箭相比存在一定差距。而随着中国载人航天任务、探月工程以及空间站建设等大型任务逐渐开展,提高火箭运载能力、全面提升运载火箭的技术水平成为关键一环。

2006 年,长征五号运载火箭正式获得国家航天局立项,进入工程研制阶段。作为中国新一代运载火箭中第一个立项研制的火箭型号,是为满足航天发展对大运载能力日益迫切的需求,它以大幅提升中国进入空间的能力为目标,是中国由航天大国向航天强国迈进的重要支撑和显著标志之一。

在正式立项的 10 年后,长征五号作为极具战略意义的一型终于出现在了海南文昌发射场。

2016 年 11 月3日 20 时 43 分,长征五号从中国文昌航天发射场点火升空,约 30 分钟后,载荷组合体与火箭成功分离,进入预定轨道,标志着长征五号运载火箭首次发射任务取得成功。

从长征五号对后续航天任务的支持作用看来,3 年前的那次首飞成功的意义不亚于此前任何一次大型火箭成功发射。

当时认为,长征五号成功首飞意味着中国运载火箭实现升级换代,运载能力进入国际先进行列,中国也将因此从航天大国迈向航天强国。

但后续的发射结果表明,这款关键的火箭并没有以最理想的情况发展,毕竟火箭的可靠性要经过多次发射才能真正被验证。

2017 年 7 月 2 日,长征五号遥二火箭在海南文昌航天发射场实施发射,火箭飞行至 346 秒时突发故障,最终未能将荷载送入预定轨道,任务失败。

后来披露的资料显示,根据分析仿真计算及地面试验结果,长征五号故障原因为芯一级液氢液氧发动机一分机涡轮排气装置在复杂力热环境下,局部结构发生异常,发动机推力瞬时大幅下降,致使发射任务失利。

在各项任务一度高歌猛进的过程中,2017 年的那次发射失败直接导致空间站、探月计划任务时间表不得不向后推迟。

2020年:中国航天黄金时代

把时钟拨回到 3 年前,在长五已经成功首飞的大背景下,除了长五的第二次发射任务被提上日程,登月任务嫦娥五号的采样返回、发射我国的空间站核心舱都给出了乐观的计划:分别在 2017、2018 年进行。

长征五号第二次发射失利,让这两个原本顺利推进的项目再一次被卡在了关键的发射环节。

与此同时,每 26 个月才开启一次的火星探测时间窗口将在明年中到来,在 2020 年这个关键时间点,中国将要进行首个自主火星探测任务。而这同样需要重量级运载火箭