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下半年首飞的长征五号运载火箭,未来将参与空间站、探月工程三期及火星探测等任务

中国最大火箭长啥样(关注)

本报记者 蒋建科
2016年06月17日07:48 | 来源:人民网-人民日报
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  长征五号运载火箭全箭。
  中国运载火箭技术研究院供图

  下半年,长征五号运载火箭将实施首飞。作为目前我国高度最高、体积最大、运载能力最强的火箭,长征五号火箭一直备受公众关注。记者日前走进中国运载火箭技术研究院,探秘中国最大火箭到底长啥样。

  有20层楼高,箭体直径达5米,是国内目前运载能力最强的火箭

  记者在中国航天科技集团所属的中国运载火箭技术研究院看到,长征五号火箭有20层楼高,箭体直径达到5米,当之无愧是我国高度最高、体积最大的火箭。据专家介绍,长征五号火箭近地轨道的运载能力达到25吨,比现役火箭运载能力提高了2.5倍以上,是国内目前运载能力最强的火箭。据了解,火箭上配备的三种全新大推力发动机,分别摘得了我国“最大推力液氧煤油发动机”、“最大推力氢氧发动机”和“比冲性能最高的火箭发动机”三顶桂冠。

  提起长征系列火箭,大家并不陌生,其四个子系列已经实现了载荷由小到大、轨道由低到高的基本覆盖。研制长征五号火箭的目的,在于进一步提高航天发射的载荷质量。

  按照“通用化、系列化、组合化”的设计思路,长征五号火箭由直径分别为5米的芯级模块、3.35米及2.25米的助推器模块,与50吨氢氧发动机、120吨液氧煤油发动机“组合搭档”工作,形成了一个完整系列的6种构型。据专家介绍,这种模块化组合设计,不仅能使长征五号火箭满足不同用户的多种需求,还形成了更强的运载能力,实现一箭多星,能降低单位质量的入轨成本。

  在其800多吨的身体里,90%是零下252摄氏度的液氢和零下183摄氏度的液氧,因而被称为“冰箭”

  回顾长征五号火箭的研制过程,完全可以称得上十年磨一“箭”。自2006年国家正式批准立项研制以来,航天人就一直亲切地称它为“大火箭”:一是外形巨大,光箭体直径就达5米,而目前我国现役火箭箭体直径最大的只有3.35米。二是起飞质量大,长征五号火箭起飞质量约878吨,具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨运载能力。三是作用大,长征五号火箭将完成质的飞跃,大幅提升我国自主进入空间的能力,把中国火箭送入包括美国和俄罗斯在内的世界主流火箭阵营。

  和以往长征系列火箭相比,长征五号火箭外形设计有一个突出改变,即整流罩采用了特别设计的冯卡门曲线外形,四个助推器头部都采用了斜头锥造型。之所以这样设计,就是为了减少空气阻力,让火箭获得更大的运载能力。

  长征五号火箭的另一大特点,是在燃料上下足了功夫。不同于目前使用化学燃料的常规火箭,长征五号火箭采用无毒、无污染的液氢液氧作为推进剂。在其800多吨的身体里,90%是零下252摄氏度的液氢和零下183摄氏度的液氧,已经接近低温的极限,所以专家们形象地称其为“冰箭”。

  液氢具有极强的挥发性,而火箭发射时尾部火焰温度将达到3000摄氏度,如若隔热不当,液氢有可能消耗殆尽。为此,科研人员想尽一切办法,通过绝热方式对火箭进行控制,给“冰箭”穿上一件厚厚的“绝热服”,保证火箭不被热量“入侵”。

  这些超低温的液态推进剂分别贮藏在巨大的箭体贮箱之中,通过内部加压输送给发动机。推进剂贮箱直径达5米,为了减轻重量,箱体最薄的地方只有几毫米。研制这样直径的薄壁低温贮箱,对于中国航天人来说,也是第一次。并且采用的铝合金材料也是全新的,这意味着以往小直径低温贮箱的研制经验无法复制。

  面对艰巨挑战,研制团队历经3年反复试验攻关,通过改善受力设计和焊接工艺的综合办法,终于攻克了储箱焊缝裂纹的工艺难题。2015年4月,改进后的长征五号火箭所有低温推进剂贮箱都通过了压力考核,而且强度比原来提高了60%。

  采用了247项核心关键新技术,具有完全自主知识产权

  和以往火箭相比,长征五号火箭的核心技术具有完全自主知识产权。全箭采用了247项核心关键新技术,新技术比例几乎达到100%。而国际上研制出的新型火箭,包括卫星飞船,采用新技术的比例一般不超过30%。

  火箭研制是一项高风险的事业。长征五号火箭不仅块头大,而且技术新,这意味着它比以往任何一个型号的长征火箭都要复杂。以往长征火箭使用零部件最多几万个,而长征五号火箭使用零部件达十几万个,它的设计量是以往火箭的3.5倍以上。为应对这个新挑战,长征五号火箭采用了全新的全数字化三维的设计方法,精细到连每一颗螺钉的大小和位置都一目了然。

  大火箭当然离不开大推力。我国现役火箭发动机单台推力最大只有70吨左右,远远不够。经过科研人员15年的不懈攻关,8台全新研制的120吨液氧煤油发动机被装配在四个助推器上,4台全新研制的氢氧发动机在一级和二级火箭上各装配了两台。长征五号火箭全箭起飞时,总推力将达到1060吨,主要来自8台液氧煤油发动机。

  120吨液氧煤油发动机的威力到底有多大?专家打了个比方,120吨液氧煤油发动机产生的最高压强达500个大气压,相当于把上海黄浦江的水打到了5000米高度的青藏高原。

  虽然长征五号火箭采用了全新技术,其研制复杂程度超过以往任何型号的长征系列火箭,但它的设计可靠性却是最高的。我国现役火箭设计可靠性最高为0.97,而长征五号火箭设计可靠性达到了0.98。为达到0.98的高可靠性,长征五号火箭的核心控制仪器普遍采用了三取二的冗余技术。通俗地讲,就是有三个同样的仪器互为备份。

  十年研制,历经无数次试验攻关,迎来的是中国火箭技术的巨大跨越。长征五号火箭的研制,不仅标志着长征系列火箭的升级换代,更带动了整个研制平台和产业链的更新。


  《 人民日报 》( 2016年06月17日 20 版)
(责编:马丽、赵竹青)

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