“冰箭”沖天 中國挺進(jìn)大火箭時(shí)代

文_崔馨月

“冰箭”沖天 中國挺進(jìn)大火箭時(shí)代

文_崔馨月

我國最大推力運(yùn)載火箭長征五號(hào)于11月3日20時(shí)43分在海南文昌發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火發(fā)射升空，約30分鐘后，載荷組合體與火箭成功分離，進(jìn)入預(yù)定軌道，長征五號(hào)運(yùn)載火箭首次發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

長征五號(hào)是新一代大型兩級(jí)低溫液體捆綁式運(yùn)載火箭，是我國目前研制規(guī)模和技術(shù)跨度最大的航天運(yùn)輸系統(tǒng)工程，完全采用無毒無污染推進(jìn)劑，因其內(nèi)部溫度極低，又被形象稱為“冰箭”。

“力拔山兮氣蓋世”

“冰箭”于9月上旬運(yùn)抵發(fā)射場(chǎng)后，陸續(xù)完成了總裝、測(cè)試等各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。10月28日，承載著“冰箭”的活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)駛出發(fā)射場(chǎng)垂直測(cè)試廠房。從技術(shù)區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)的2.8千米路程，火箭需要乘坐活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)來完成。“冰箭”身高大約57米，相當(dāng)于20層樓高，凈重近百噸，因此需要為它量身打造“專車”，有半個(gè)足球場(chǎng)大。一路上，活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)不僅要載著它行走，還要為它供氣、供電，以保持箭地連接不變，減少發(fā)射區(qū)的工作，縮短發(fā)射流程。

同時(shí)，“冰箭”采用新型發(fā)射塔，架高91.7米，一共12層，距離海邊850米。整個(gè)塔架采用的是鋼框架與鋼筋混凝土的混合結(jié)構(gòu)，它的強(qiáng)度足以抵擋臺(tái)風(fēng)和地震。在塔架的四周是四座高120米的避雷塔，可以防止雷電的影響。它是我國目前距離海邊最近的一座火箭發(fā)射塔架，長期處于高溫、高濕、高鹽的環(huán)境中，空氣當(dāng)中大量的氯離子會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，為此，塔架外表采用了熱噴涂的防腐涂層，相當(dāng)于給塔架穿上了一件防腐蝕的外衣。文昌航天發(fā)射場(chǎng)工程建設(shè)指揮部工程師周湘虎說：“我們也采取了其他一些措施，包括用盲板把它封堵，不讓空氣進(jìn)入這些管壁的內(nèi)部，從內(nèi)部進(jìn)行腐蝕，還有連接的部位采用原子灰進(jìn)行密封。”

“一片冰心在玉壺”

“冰箭”腰身粗，個(gè)頭大，芯級(jí)直徑達(dá)5米，助推器直徑達(dá)3.35米，這是目前我國研制火箭中直徑最大的。雖然在名稱、序列上仍隸屬“長征”系列，但“冰箭”采用247項(xiàng)核心關(guān)鍵新技術(shù)，新技術(shù)比例幾乎達(dá)到100%。

“冰箭”的設(shè)計(jì)思想以通用化、系列化、組合化為重點(diǎn)，首次實(shí)現(xiàn)了6種構(gòu)型同時(shí)開展總體設(shè)計(jì)，成功解決了6種構(gòu)型同時(shí)優(yōu)化與設(shè)計(jì)的難題；首次采用了5米直徑大型箭體結(jié)構(gòu)，這不僅僅是結(jié)構(gòu)外形尺寸的簡單放大，而且是對(duì)結(jié)構(gòu)形式、試驗(yàn)驗(yàn)證體系等的徹底革新；可搭載兩種專門為其設(shè)計(jì)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，分別為推力120噸的YF-100液氧煤油高壓補(bǔ)燃循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)和推力50噸的YF-77氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)。

“冰箭”在燃料上不同于目前使用化學(xué)燃料的常規(guī)火箭，采用無毒、無污染的液氫液氧作為推進(jìn)劑。在其身體里，90%是零下252攝氏度的液氫和零下183攝氏度的液氧，這已經(jīng)接近低溫的極限，“冰箭”一名正源于此。它的動(dòng)力系統(tǒng)由芯一級(jí)、芯二級(jí)和4個(gè)助推器共同組成，4個(gè)助推器搭載8臺(tái)全新研制的120噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，它們被裝配在4個(gè)助推器上，可產(chǎn)生最高壓強(qiáng)達(dá)500個(gè)大氣壓。

身材霸氣的“冰箭”腦袋尖尖的，4個(gè)助推器也都是“斜頭錐”，“依偎”在芯一級(jí)的身旁。這樣的設(shè)計(jì)不僅是為了提升“冰箭”的帥氣程度，還能夠減小空氣阻力，讓“冰箭”飛起來更省力，從而提升運(yùn)載能力。

此外，“冰箭”還采用了全新的全數(shù)字化三維設(shè)計(jì)方法，細(xì)到每一個(gè)螺釘?shù)拇笮『臀恢枚寄芤荒苛巳弧?/p>

“而今邁步從頭越”

文昌發(fā)射場(chǎng)承擔(dān)了此次“冰箭”的發(fā)射任務(wù)。據(jù)發(fā)射場(chǎng)發(fā)測(cè)站站長唐功建介紹，此次“冰箭”發(fā)射的任務(wù)主要是檢驗(yàn)“冰箭”設(shè)計(jì)的正確性、飛行的可靠性以及發(fā)射場(chǎng)和火箭之間的匹配性。

從2006年正式立項(xiàng)至今，“冰箭”十年鑄，核心技術(shù)有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，起飛質(zhì)量約869噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸的運(yùn)載能力，比現(xiàn)役火箭運(yùn)載能力提升了兩倍以上，與國際上主流運(yùn)載火箭相當(dāng)，可以完成近地軌道衛(wèi)星、地球同步轉(zhuǎn)移軌道衛(wèi)星、太陽同步軌道衛(wèi)星、空間站和月球探測(cè)器等各類航天器的發(fā)射任務(wù)，是我國迄今為止運(yùn)載能力最大的火箭。

“冰箭”雖然采用全新技術(shù)，研制復(fù)雜程度超過以往任何一個(gè)型號(hào)的長征系列火箭，但它的設(shè)計(jì)可靠性卻是最高的。我國現(xiàn)役火箭設(shè)計(jì)可靠性最高的是0.97，而長征五號(hào)設(shè)計(jì)可靠性達(dá)到了0.98。

2017年左右，“冰箭”將承擔(dān)嫦娥探月工程“繞、落、回”三步走當(dāng)中最后一步“回”的發(fā)射任務(wù)，同時(shí)它將在中國空間站的建設(shè)過程中扮演重要角色，2018年將會(huì)開始陸續(xù)發(fā)射3個(gè)20噸級(jí)的空間站艙段。

中國載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平介紹說，未來空間站會(huì)單獨(dú)發(fā)射一個(gè)十幾噸的光學(xué)艙，并計(jì)劃在光學(xué)艙里架設(shè)一套口徑兩米的巡天望遠(yuǎn)鏡，分辨率與哈勃相當(dāng)，視場(chǎng)角是哈勃的300多倍。屆時(shí)，“冰箭”將光榮地?fù)?dān)負(fù)起“巡天號(hào)”太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射任務(wù)。另外，2020年還將發(fā)射我國首個(gè)火星探測(cè)器。

鵬程萬里展宏圖

“冰箭”是一個(gè)新設(shè)計(jì)、新材料、新結(jié)構(gòu)的火箭，可用于發(fā)射不同地球軌道大型載荷及其他深空探測(cè)任務(wù)載荷，也為我國未來載人登月用的重型火箭研制奠定了基礎(chǔ)。

通過“冰箭”研制，我國不僅掌握了5米直徑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造能力，還突破了千噸級(jí)靜力試驗(yàn)技術(shù)等，同時(shí)大型結(jié)構(gòu)制造也帶動(dòng)了材料、機(jī)械加工、熱處理、焊接、檢測(cè)等裝備制造業(yè)的大發(fā)展。

“冰箭”實(shí)現(xiàn)了我國火箭運(yùn)載能力大跨越，為后續(xù)國家重大航天工程任務(wù)提供了高可靠、低成本、無毒無污染、適應(yīng)性強(qiáng)、安全性好、運(yùn)載能力大的先進(jìn)運(yùn)載工具。

同時(shí)，“冰箭”帶動(dòng)了整個(gè)中國新一代運(yùn)載火箭技術(shù)的發(fā)展，長征七號(hào)、長征六號(hào)都是從“冰箭”的核心技術(shù)衍生出來的。通過“冰箭”的研制，我國運(yùn)載火箭的基礎(chǔ)水平能力得到了提升。

另外，應(yīng)對(duì)商業(yè)航天發(fā)射的又一款新型運(yùn)載火箭長征八號(hào)已經(jīng)啟動(dòng)論證，長征家族再添新成員，未來運(yùn)載能力超過100噸的重型火箭也已經(jīng)進(jìn)入到技術(shù)攻關(guān)階段。

據(jù)中國載人航天工程副總指揮雷凡培介紹，預(yù)計(jì)到2019年能夠完成這個(gè)階段技術(shù)攻關(guān)的任務(wù)，初步論證的結(jié)果是近地軌道的運(yùn)載能力，可以達(dá)到100噸到130噸左右，實(shí)現(xiàn)到更遠(yuǎn)的星球上進(jìn)行巡視勘探，把人送到月球進(jìn)行科學(xué)研究。

——摘自《人民日?qǐng)?bào)·海外版》

編者按：我國首枚大型運(yùn)載火箭長征五號(hào)11月3日發(fā)射成功了！這是我國運(yùn)載火箭升級(jí)換代的里程碑工程，是我國由航天大國邁向航天強(qiáng)國的重要標(biāo)志。作為我國目前運(yùn)載能力最大的火箭，它還有個(gè)形象的稱謂，叫“冰箭”。這源于其首次采用零下252℃的液氫和零下183℃的液氧作為推進(jìn)劑，箭體內(nèi)部極低溫，還實(shí)現(xiàn)了無毒無污染。為了鑄成這枚“冰箭”，我國科研人員整整花了10年時(shí)間，全面突破了12個(gè)大項(xiàng)、200多個(gè)關(guān)鍵核心技術(shù)。

那么，我們?yōu)槭裁匆爝@枚“冰箭”？未來它又將派上什么大用場(chǎng)？本期《視野》欄目將為您一一解答。