長五發(fā)射為什么要選擇液氫液氧作推進(jìn)劑

文/中國化工博物館 葉建華

長五發(fā)射為什么要選擇液氫液氧作推進(jìn)劑

文/中國化工博物館 葉建華

2016年注定是中國航天史上好戲連臺(tái)之年。

2016年6月25日20時(shí)00分，我國長征七號(hào)運(yùn)載火箭在海南文昌航天發(fā)射基地將六類七項(xiàng)載荷成功送入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。這次發(fā)射最大的亮點(diǎn)是將近600噸重的“巨人”送上太空的推進(jìn)劑由液氧加煤油環(huán)保推進(jìn)劑取代了偏二甲肼。長七發(fā)射成功拉開了我國載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的序幕，這是我國航天史上的又一個(gè)里程碑，這一壯舉也將載入中華民族航天史冊。此項(xiàng)工程受到中共中央、國務(wù)院、中央軍委的表彰。

總裝備部領(lǐng)導(dǎo)視察藍(lán)星航天公司

時(shí)隔兩個(gè)多月，長征五號(hào)運(yùn)載火箭于8月26日從天津起程，乘坐海輪于9月1日運(yùn)抵海南，將于2016年的11月在海南發(fā)射基地?fù)駲C(jī)發(fā)射，長五發(fā)射將會(huì)更加吸引世界目光。長五與長七相比將有更多的亮點(diǎn)。一是外形巨大，光箭體直徑就達(dá)5米，而目前我國現(xiàn)役火箭箭體直徑最大的只有3.35米。二是起飛質(zhì)量大，長五起

飛質(zhì)量約878噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸運(yùn)載能力。三是作用大，長五將實(shí)現(xiàn)我國航天史上質(zhì)的飛躍，大幅提升我國自主進(jìn)入空間的能力，把中國火箭送入包括美國和俄羅斯在內(nèi)的世界主流火箭陣營。

長征七號(hào)、長征五號(hào)運(yùn)載火箭全面大量使用液氧/煤油、液氫/液氧低溫推進(jìn)劑組合，成為名副其實(shí)的低溫火箭，其中長征五號(hào)更是因?yàn)閼?yīng)用了液氫，得“冰箭”之譽(yù)。液氫液氧為什么能夠替代偏二甲肼成為長七長五的推進(jìn)劑呢？這是人們感興趣的問題。這是因?yàn)橐簹湟貉跬七M(jìn)劑與偏二甲肼等常規(guī)推進(jìn)劑相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。液氫液氧較常規(guī)推進(jìn)劑比沖參數(shù)大幅提高，推力可提高60%以上，相當(dāng)于一輛公交車，使用新動(dòng)力系統(tǒng)后可減少自身重量擴(kuò)大空間，可以承載更多的旅客，從經(jīng)濟(jì)商業(yè)角度無疑會(huì)優(yōu)先選擇液氫液氧推進(jìn)劑。使用液氫液氧推進(jìn)劑還可以降低了發(fā)射成本，據(jù)專家預(yù)計(jì)，每次發(fā)射推進(jìn)劑就可以節(jié)省上千萬元人民幣費(fèi)用。最大的亮點(diǎn)是綠色環(huán)保?？v觀世界航天發(fā)展趨勢，隨著科學(xué)技術(shù)的突破和生態(tài)意識(shí)的強(qiáng)化，無毒、無污染、高推力的液氫液氧燃料將成為升級(jí)版火箭推進(jìn)劑的主角。常規(guī)推進(jìn)劑的生產(chǎn)及使用過程中對環(huán)境會(huì)有一定的污染，而液氫液氧推進(jìn)劑在生產(chǎn)和使用過程中不會(huì)對環(huán)境造成污染，符合綠色航天發(fā)展理念，順應(yīng)國際航天發(fā)展潮流。

液氫液氧作為航天推進(jìn)劑優(yōu)勢多多，但生產(chǎn)液氫液氧并非易事。因?yàn)橐褮錃庋鯕庾兂梢簯B(tài)，需要通過先進(jìn)技術(shù)、高端設(shè)備和精心操作才能將氫氣和氧氣降到零下252度和183度以下。

因?yàn)橐簹涞呐R界溫度更低，讓我們簡單介紹一下什么是液氫產(chǎn)品？液氫產(chǎn)品是如何產(chǎn)生的？大家知道，世界上多數(shù)物質(zhì)能以液、固和氣三種形態(tài)存在，如大家每天都需要的水。一般情況下，水以液態(tài)存在，而當(dāng)溫度達(dá)到零下時(shí)水就會(huì)結(jié)冰成為固態(tài)，而當(dāng)溫度超過100度時(shí)，水又會(huì)慢慢變成水蒸汽成為氣態(tài)。液氫就是氫氣在零下252度由氣態(tài)壓縮變成液態(tài)的。

長五這個(gè)870多噸的“巨人”90%以上是零下252攝氏度液氫和零下183攝氏度的液氧推進(jìn)劑，因而有“冰箭”之稱。這些推進(jìn)劑產(chǎn)自咱們中國化工人之手。

說到液氫液氧，不能不提到為西昌和文昌發(fā)射基地提供液氫液氧產(chǎn)品的中國化工集團(tuán)公司。中國化工集團(tuán)公司與祖國的國防建設(shè)和航天事業(yè)結(jié)下不解情緣。下屬星火化工廠從上世紀(jì)六十年代開始就為航天配套生產(chǎn)偏二甲肼推進(jìn)劑，保質(zhì)保量按期完成火箭發(fā)射任務(wù)。當(dāng)航天發(fā)射需要新型推進(jìn)劑時(shí)，藍(lán)星航天公司又攻堅(jiān)克難、發(fā)揮艱苦創(chuàng)業(yè)的精神，勇于承擔(dān)起新的使命。

讓我們來了解一下藍(lán)星航天公司是如何生產(chǎn)液氫產(chǎn)品，如何確保安全萬無一失的。液氫產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)難題在于氫氣提純和深冷，對工藝、設(shè)備和操作要求很高，尤其是用于火箭推進(jìn)劑的液氫純度要求更高，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為99.9998%。藍(lán)星航天公司下設(shè)的文昌和西昌液氫生產(chǎn)廠均采用甲醇分解制氫技術(shù)，即以甲醇和脫鹽水為主要原料，甲醇水蒸汽在催化劑床層轉(zhuǎn)換成含有氫氣和二氧化碳混合氣體，該混合氣體再經(jīng)變壓吸附技術(shù)提純得到高純度氫氣，高純氫氣經(jīng)壓縮機(jī)使之降至零下252度以下，即制成液氫產(chǎn)品。藍(lán)星航天公司本著一流設(shè)備，一流保障的原則，不惜重金采購了世界上最先進(jìn)的法國液空公司的冷箱設(shè)備和指定配套的德國凱撒公司的壓縮機(jī)、比利時(shí)公司的分析儀。一流的設(shè)備、一流的員工才能生產(chǎn)一流的產(chǎn)品。

藍(lán)星航天公司生產(chǎn)廠

液氫屬于易燃、易爆、超低溫生產(chǎn)，一旦發(fā)生安全事故，后果不堪設(shè)想。藍(lán)天航天公司十分重視安全工作，他們培育了安全文化，強(qiáng)化了安全理念，健全了安全制度，并且投入巨資購置了最先進(jìn)的安全硬件，架起了全天候全覆蓋的安全網(wǎng)絡(luò)，確保萬無一失。我們在文昌廠區(qū)可以看到：消防水站，一用兩備；易燃易爆設(shè)備旁安裝了遠(yuǎn)程消防槍；廠區(qū)與罐區(qū)之間建起了一道1米厚、3米高、200多米長的鋼筋混凝土防爆墻；廠區(qū)設(shè)立了網(wǎng)式防雷系統(tǒng)；還有散布在各個(gè)角落的可燃?xì)怏w報(bào)警儀?？梢詽M足極端氣候條件下的安全需要，為安全生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

當(dāng)我們?yōu)樽鎳教焓聵I(yè)發(fā)展而振奮，為航天英雄鼓掌點(diǎn)贊之時(shí)，應(yīng)當(dāng)感恩默默無聞樂于奉獻(xiàn)托起火箭升空的中國化工人！