長征五號，旅途漫漫

鎖象劈麋

2019年12月21日，長征五號遙三運載火箭在中國文昌航天發(fā)射場完成技術(shù)區(qū)相關(guān)工作后，垂直轉(zhuǎn)運至發(fā)射區(qū)

經(jīng)過908天的漫長等待，被中國網(wǎng)民昵稱為“胖五”的長征五號（遙三）大型低溫液體捆綁式運載火箭，終于在2019年12月27日20時45分10.526秒，帶著明亮的黃色尾焰刺入茫茫蒼穹。約2220秒后，“胖五”搭載的實踐20號衛(wèi)星，與火箭成功分離，進(jìn)入既定軌道。

這次成功發(fā)射不但讓海南文昌發(fā)射基地變成歡樂的海洋，也讓整個國家的航天人和航天愛好者舒出了胸中的一口長氣。

負(fù)重前行

中國發(fā)展現(xiàn)代運載火箭的源頭，可追溯到1958年。1957年10月蘇聯(lián)發(fā)射了世界第一顆人造衛(wèi)星“伴侶”號。1958年1月，《噴氣與火箭技術(shù)十年發(fā)展規(guī)劃綱要》在錢學(xué)森等科學(xué)家的倡議及中央領(lǐng)導(dǎo)的指示下，由中國國防部制訂發(fā)布。同年4月，中國第一個運載火箭發(fā)射基地于甘肅酒泉興建。中國航天事業(yè)邁出了它的第一步。

專職擔(dān)負(fù)衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)的運載火箭—長征家族，自搭載中國第一枚人造衛(wèi)星“東方紅一號”的長征一號運載火箭伊始，至今已有包括長征一號、長征二號的5個型號退役;包括長征五號、長征六號、長征十一號的12個型號在役;另有7個型號在研究或論證—它們是一個四代同堂的繁榮大家族。截至2020年1月7日，長征系列運載火箭已累計執(zhí)行了324次發(fā)射任務(wù)。

“胖五”是長征家族中的新成員，也是長征家族中運載能力最大的成員，最大運力可達(dá)25噸。“胖五”于2006年立項，由中國運載火箭技術(shù)研究院研制，經(jīng)過十年磨礪，它的全箭新研產(chǎn)品比例超過90%，是不折不扣的新一代火箭。

長征五號第一發(fā)實驗箭（遙一）于2016年11月3日于中國海南文昌首飛成功。首飛的發(fā)射過程并非一帆風(fēng)順，但還是旗開得勝。

“胖五”的第二次發(fā)射在2017年7月3日。19時23分，長征五號（遙二）成功點火，隨即起飛，助推器正常分離，整流罩正常分離，飛行軌跡也毫無問題，但就在起飛后的346秒時，文昌發(fā)射基地指揮中心大屏幕上急劇變化的數(shù)據(jù)顯示，工作中的兩臺液氫液氧發(fā)動機（YF-77）中的一臺突然停機，導(dǎo)致火箭的飛行角度從上升變?yōu)橄陆?，并于排除故障失敗后墜入太平洋?/p>

沉重的氣氛籠罩著所有關(guān)心“胖五”項目的人。長征五號的核心研發(fā)團隊，進(jìn)行了長達(dá)兩年多的歸零和驗證工作。

所謂技術(shù)歸零，就是徹底找到事故成因并提出解決方案。從設(shè)計理念開始，研發(fā)團隊對包括發(fā)動機在內(nèi)的整套系統(tǒng)建立了“故障樹”分析模式，逐一排查了50多項可能造成發(fā)動機失去推力的事項。

經(jīng)過100多天的故障定位排查及180多天的實驗驗證后，團隊最終確認(rèn)故障的成因為液氫液氧發(fā)動機（YF-77）在復(fù)雜熱力環(huán)境下的局部結(jié)構(gòu)異常而失去推力，隨后對YF-77進(jìn)行了嚴(yán)格的技術(shù)改造。

研發(fā)團隊在長征五號（遙二）的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了200余項技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)，使得長征五號（遙三）火箭在技術(shù)先進(jìn)性和可靠性上都得到了提高。

競爭對手

目前，長征五號代表了中國航天運載火箭技術(shù)的最高水準(zhǔn)。它采用模塊化設(shè)計，一共有4種基礎(chǔ)模塊，包括5米直徑芯級模塊（芯一級）、5米直徑上面級模塊（芯二級）、3.35米直徑助推級模塊（3.35米直徑助推器）、2.35米直徑助推級模塊（2.35米直徑助推器）。

通過這四種基礎(chǔ)模塊，結(jié)合整流罩等配件，就可以構(gòu)建出6種構(gòu)型的火箭。其中，二級半構(gòu)型的長征五號基本型由全部4種基礎(chǔ)模塊組成，是集長征五號系列火箭關(guān)鍵技術(shù)于大成的型號。

長征五號的起飛重量達(dá)到870噸，負(fù)載重量25噸，要將如此大只的“胖五”送入太空，需要強勁的動力。若把“胖五”比做一個強壯的籃球運動員，那么驅(qū)動他身體不斷跳躍的雙腿就是發(fā)動機。“胖五”的箭身上裝載了30臺發(fā)動機：包括8臺推力120噸的液氧煤油發(fā)動機（YF-100），2臺推力50噸的液氫液氧發(fā)動機（YF-77），2臺推力9噸的燃?xì)庋h(huán)液氫液氧發(fā)動機（YF-75D）和18臺起修正微調(diào)作用的姿控發(fā)動機。

發(fā)動機燃料也是長征五號的重大技術(shù)革新之一。之前的長征系列火箭，如發(fā)射“嫦娥三號”“嫦娥四號”的長征三號乙火箭，發(fā)射時會飄散出鮮艷的棕紅色煙霧，這是因為它采用的燃料是四氧化二氮和偏二甲肼，棕紅色煙霧是化學(xué)反應(yīng)之后產(chǎn)生的二氧化氮—不但相對昂貴，也有一定毒性。

而“胖五”的發(fā)動機主要以液氫液氧及煤油作為燃料，不但沒有毒性，而且也會以更少的燃料把更多的重量帶入太空。由于液氫液氧沸點極低，長征五號也被稱為“冰箭”。

2019年11月14日，在廠房吊裝過程中的長征五號遙三運載火箭

“胖五”的箭身上裝載了30臺發(fā)動機。

由于液氫液氧沸點極低，長征五號也被稱為“冰箭”。

2019年12月27日20時45分，長征五號遙三運載火箭在中國文昌航天發(fā)射場點火升空

作為中國目前最先進(jìn)的火箭，長征五號的競爭對手只有寥寥幾位，主要是美俄歐的“看家把式”，其中就包括了德爾塔4型、宇宙神5型、阿麗亞娜5型、安加拉5型以及獵鷹9型火箭。

衡量運載火箭最重要的硬性指標(biāo)，就是它的LEO（近地球軌道運載能力）和GTO（地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力），二者直觀代表了運載火箭的系統(tǒng)設(shè)計能力以及發(fā)動機研制能力。

長征五號的芯級直徑為5米，LEO為25噸，GTO為14噸。

逐一比較的話，阿麗亞娜5型ECA火箭由歐洲航天局出資建造，2002年首飛。它的芯級直徑5.4米，LEO為20噸，GTO為10.7噸。

安加拉A5型火箭由俄羅斯赫魯尼切夫國家航天研究和生產(chǎn)中心研制，2014年首飛。它的芯級直徑2.9米，搭載微風(fēng)-M軌道加速器時LEO為24.5噸，GTO為6.6噸。

德爾塔4型由美國波音公司研制，2004年首飛。它的芯級直徑5.1米，LEO為28.79噸，GTO為14.22噸。

宇宙神5號511由美國洛克希德﹣馬丁公司研制，2006年首飛。它的芯級直徑3.81米，LEO為18.85噸，GTO為8.9噸。

獵鷹9號可回收式火箭由私人企業(yè)太空探索公司（Space X）研制，2010年首飛，2015年完成首次成功回收。它的芯級直徑3.7米，LEO為22.8噸，GTO為8.3噸。該公司研發(fā)的2018年首飛的重型獵鷹運載火箭的LEO為63.8噸，GTO為26.7噸。

從LEO和GTO的指標(biāo)參數(shù)來說，長征五號居世界大型運載火箭的前列，但在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，“胖五”的先進(jìn)性算不上頂級。

美國在進(jìn)行登月計劃時使用的“土星5號”運載火箭（現(xiàn)已退役），其LEO已達(dá)驚人的120噸左右，50年后仍保持著最大運載能力的紀(jì)錄。目前美國國家航空航天局開發(fā)、尚未首飛的SLS重型運載火箭，據(jù)傳LEO達(dá)140噸左右。在高手如林的航天界，“胖五”的前路依然充滿挑戰(zhàn)。

最新任務(wù)

身為中國航天事業(yè)的重器，長征五號在現(xiàn)在和未來都肩負(fù)著極其重要的任務(wù)。

火箭的運力決定空間站的規(guī)模，作為中國最大運力的運載火箭，“胖五”要肩負(fù)空間站的建設(shè)任務(wù)，為中國和平開發(fā)宇宙空間盡一份力量。

同時，有了大力士“胖五”，大質(zhì)量通信衛(wèi)星甚至大型空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射也可以提上日程?；鹦翘綔y器、月球探測器的發(fā)射任務(wù)，“胖五”也是責(zé)無旁貸。甚至在不遠(yuǎn)的將來，載人登月任務(wù)中，很有可能也是由“胖五”或基于長征五號平臺的改型火箭擔(dān)綱主將。

在更遙遠(yuǎn)的未來，“胖五”會完成它的歷史使命，掛著軍功章靜靜地肅立在航空博物館。那時，執(zhí)行探索和開發(fā)任務(wù)的火箭和飛船們，已經(jīng)是“胖五”的兄弟姐妹了。

長征五號（遙三）在文昌發(fā)射基地成功發(fā)射之后，基地指揮大廳的大屏幕上閃爍著源自著名科幻小說《銀河英雄傳說》的一句名言：“我們的征途是星辰大?！薄@也是屬于長征五號的榮譽和浪漫。