11月3日20时43分,我国首枚大型运载火箭长征五号火箭升空。
2016年11月3日20时43分,在中国文昌航天发射场,我国首枚大型运载火箭长征五号火箭拖着美丽的尾焰直冲云霄,成功实现首飞。记者从国防科工局、国家航天局获悉,此次发射成功,标志着我国运载火箭实现升级换代,运载能力进入国际先进行列,是由航天大国迈向航天强国的关键一步。
夜幕中,伴随着阵阵海风,长征五号运载火箭,在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。
长征五号运载火箭是无毒无污染绿色环保型新一代运载火箭的基本型,火箭采用5米直径芯级,捆绑4枚3.35米直径助推器,全长约57米,起飞重量约870吨,起飞推力超过1000吨,是我国目前体型最大的火箭。长征五号运载火箭首次采用芯一级2台50吨级氢氧发动机与4枚助推器各2台120吨级液氧煤油发动机的组合起飞方案,10台发动机同时点火,实现了我国异型发动机起飞技术的重大突破。
同时,长征五号运载火箭的运载能力也上了一个台阶,其运载能力比现役火箭提升2.5倍以上,其中,它的低轨道运载能力可以达到25吨级,相当于一次可以将16辆轿车送上太空,一般可用于载人航天、高度较低的通讯卫星、遥感卫星等;它的高轨道运载能力能够达到14吨级,一般用于气象卫星、深空探测器等。它的发射,将大幅提升中国航天进入空间的能力,直接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。
长征五号运载火箭工程还实现了我国液体运载火箭直径由3.35米至5米的跨越,填补了我国大推力无毒无污染液体火箭发动机的空白,代表了我国运载火箭科技创新的最高水平,为我国新一代运载火箭系列化、型谱化发展奠定了坚实的技术基础。未来,长征五号运载火箭将成为中国航天的主力运载工具,是实现未来探月工程三期、载人空间站、首次火星探测任务等国家重大科技专项和重大工程的重要基础和前提保障,更是中国人迈向更远太空的“新天梯”。
此次长征五号运载火箭搭载的是由远征二号上面级和实践十七号卫星组成的载荷组合体。远征二号上面级是我国目前规模最大、变轨能力最强的液体动力上面级,与长征五号运载火箭组合使用后,可有效提升一箭多星发射并直接入轨的能力,进一步提高长征五号运载火箭发射任务适用性和使用灵活性。
长征五号运载火箭在首次使用的中国文昌航天发射场1号工位成功实施发射。文昌发射场是我国第一个滨海航天发射场,具有纬度低、发射效率高、射向宽、运输便捷等优势,能够满足新一代运载火箭和新型航天器发射任务需求。
这是长征系列运载火箭的第238次发射。
长征五号运载火箭工程于2006年经国务院批准立项研制,由国家国防科技工业局牵头组织实施,中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院抓总研制。遵循“发展航天、运载先行”,“运载发展、动力先行”的理念,2000年,我国先行启动了120吨级液氧煤油发动机和50吨级液氢液氧发动机研制攻关,其科研成果直接转化支撑了长征六号、长征七号等新型运载火箭研制并首飞成功。
揭秘
“胖五”身怀247项技术创新
本报记者 刘欢 通讯员 张娟娟
长征五号运载火箭是我国起飞质量最大、起飞推力最大、箭体结构最大、运载能力最大的运载火箭,被大家昵称为“胖五”。别看“胖”,它身上的技术应用,可是100%的新。
据中国航天科技集团一院长征五号运载火箭副总指挥曲以广介绍,长征五号运载火箭首次采用5米直径箭体结构,无毒无污染的液氧煤油和液氢液氧推进系统,具备低轨道到高轨道的运载能力;首次采用了全新高可靠电气系统和“新三垂”为代表的全新测试发射模式,测试准备时间大幅缩短……长征五号运载火箭全面突破了以12项重大关键技术为代表的247项关键技术,新技术比例达到100%,核心技术全部实现国产化,代表着我国科技创新与工业制造的最新成就。
长征五号运载火箭的技术创新将为我国未来更大的运载器,包括载人登月用大型货运火箭及大型载人火箭奠定坚实的技术基础。
助推器:
强劲发动机托举“胖五”升空
发动机被誉为火箭的“心脏”。长征五号起飞时总推力达1060吨,要托举这么重的“胖五”,需要大推力发动机。长征五号上配备的三种全新大推力发动机,分别摘得中国“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”三个桂冠。
经过15年不懈攻关,8台全新研制的120吨级液氧煤油发动机被装配在长征五号运载火箭的4个助推器上。液氧煤油发动机是我国单台推力最大、技术最先进、应用前途最广泛的新型动力装置,填补了我国补燃循环发动机技术空白,使我国成为世界第二个掌握高压补燃循环液氧煤油发动机技术的国家。这些发动机的威力到底有多大?专家做了个比喻,120吨液氧煤油发动机产生的最高压强能把上海黄浦江的水打到5000米高的青藏高原。
助推器由5米芯级火箭和4个3.35米长的助推器组成,为长征五号运载火箭提供竖立状态支撑和助推飞行阶段90%的推力及姿态控制。
作为长征五号运载火箭起飞的主要动力源,助推器完成了“撑得住、点得着、分得开”三大任务。
“撑得住”是指长征五号运载火箭加注完成后,助推器承担了长征五号运载火箭860多吨的重量,同时起飞段也主要依靠助推器8台120吨级液氧煤油发动机的推力,这进一步提高了火箭的运载能力,也对助推器的结构设计提出了非常高的要求;“点得着”就是指助推器的增压输送系统能够创造满足液氧煤油发动机点火的条件,并在飞行中提供稳定的推力;“分得开”就是指助推器推进剂耗尽后,芯级与助推器之间能够可靠解锁,实现助推器与芯级的安全分离。
壳体:
“薄皮大馅”多储燃料
1.2毫米至2毫米,这是火箭壳体的厚度,简直“薄如蝉翼”。
壳体虽薄,但坚不可摧。火箭的外壳被称为“蒙皮”,主要材料为铝合金,强度高、耐腐蚀、重量轻、成本低,经长征三号甲系列、长征二号F等火箭飞行测试,铝合金“蒙皮”综合性能最好。
使用铝合金“蒙皮”可以为火箭减轻重量,人们形容火箭是“薄皮大馅”。一院火箭箭体结构设计师邵英翠介绍说:“长五火箭整流罩的‘蒙皮’面板厚度只有0.3毫米,在相同刚度下,火箭壳段的重量将减少10%以上。”这样,火箭就在保证坚固的前提下,承载更多的燃料,“举”起更重的卫星。
整流罩:
“全景式天窗”通用不同卫星
在役火箭整流罩是金属铝结构,卫星装在里面,无法与外界通讯,整流罩上必须开个口,用透波材料打“补丁”,保持卫星与地面通讯畅通。
长征五号运载火箭整流罩直径5.2米,透波材料的泡沫层厚度只有近30毫米。整个整流罩创新性地采用全透波结构,就像开了个“全景式天窗”。
一院长征五号运载火箭结构设计副主任设计师戴政说:“以往,在役火箭承载的卫星不同,整流罩上‘开天窗’的位置、结构就不同,没有通用性。长五的‘全景式天窗’通用性强,后续设计和生产效率都将得到提高。”
贮料箱:
装满深低温无害无毒燃料
长征五号运载火箭,也称“冰箭”。这是因为其体内90%以上装满了无害无毒的深低温液氢液氧燃料,其中液氢温度达-253摄氏度、液氧达-183摄氏度,几乎达到了温度的极限。
但“冰箭”不冷。其外表面温度依然可以一直保持在0℃以上,这是因为火箭的贮箱外都穿着一层“防寒服”,让火箭内部的仪器、设备、电缆等正常工作。
“防寒服”一共不到30毫米,有里有面。
“棉花”是低密度材料,有10至20毫米厚。“棉花”不能直接涂在贮箱金属表面,因为贮箱受冷收缩时,“棉花”层因收缩性能比金属小会导致脱粘,影响隔温效果。因此,“防寒服”的“里”是一层胶粘剂,不到1毫米厚,比“棉花”层更适应金属材料的热胀冷缩。“防寒服”的“面”是一层蘸胶玻璃纤维织物,0.9毫米厚,它也叫“保护层”,可以保护“棉花”不吸收外界水汽、不被损坏,更好地发挥隔温性能。
相关
送“太空摆渡车”飞天
在此次发射任务中,升级版“太空摆渡车”远征二号搭乘“长五”飞天。
远征二号与2015年发射的远征一号相比容量要更大,如果说远征一号相当于小中巴,那么远征二号就是货真价实的“空调大巴”,启动次数更多、在轨时间更长。
据了解,由于长征五号运载火箭箭体过大,必须研制合适配套的上面级远征二号,就是给火箭再加一级,旨在把不同卫星发射到不同轨道上实现多星部署,将来进行大规模的卫星组网,发射卫星的效率可大大提高,成本也会明显降低。
远征二号上面级是目前中国直径最大、质量最大的上面级,其直径为5.2米,总质量约为1800公斤。上面级常指主助推器以上的部分,其作用介于运载火箭和航天器之间,它具有自主轨道机动能力,在轨时间较长,一般可多次启动点火,能够满足不同的发射任务需求,可以将一个或多个载荷送入指定轨道,被形象地称为“太空摆渡车”。
意义
进入空间能力提升2.5倍
长征五号运载火箭的发射成功,标志着我国运载火箭实现升级换代,运载能力进入国际先进行列,是由航天大国迈向航天强国的关键一步。
1、长征五号运载火箭的首飞成功是我国运载火箭升级换代的里程碑标志,实现了我国液体运载火箭直径从3.35米至5米的跨越,使我国进入空间能力提升2.5倍以上,同时达到LEO运载能力25吨级、GTO运载能力14吨级。
2、为实施载人航天空间站工程、载人登月工程、探月工程三期、探火工程、二代导航二期等重大航天工程项目提供高性能运载工具。
3、采用“三个模块、两种发动机、一个系列”的发展思路,促进新一代中小型火箭的发展,对构建我国新一代无毒、无污染运载火箭的型谱发挥牵引和辐射作用。
4、推动新一代运载火箭产业化基地、海南发射场等配套设施的建设,促进我国相关技术领域科技进步和人才培养,为我国航天运载技术的可持续发展奠定坚实基础。
历程
十年磨一“箭”
1986年,长征五号运载火箭开始前期论证和攻关;2000年~2001年,大推力发动机开始立项研制;2006年,国家正式批准立项研制长征五号运载火箭。航天科研人员“十年磨一箭”,走过了一条极为艰辛的航天科技长征路。
长征五号运载火箭总设计师李东说,长征五号运载火箭比中国过去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,而长征五号运载火箭使用的零部件达十几万个。它的设计量是以往长征火箭的3.5倍以上。研制中累计开展7000余次、1000余项地面试验,创下了中国液体运载火箭研制规模之最。
长征五号运载火箭还采用了全新的数字化三维设计方法,细到每一个螺钉的大小和位置都能一目了然。
虽然采用全新技术,长征五号运载火箭的设计可靠性却是最高的。中国现役火箭设计可靠性最高的是0.97,而长征五号运载火箭设计可靠性达到了0.98。为达到这一标准,长征五号运载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。
据了解,从1970年长征一号运载火箭发射至今,我国长征系列运载火箭共实施了238次发射,发射成功率高达97%左右。从国际上来看,从1957年到2015年,全球共发射5400多次,平均发射成功率是91.5%。
小档案
“胖五”简介
“胖五”直径5米,总长约57米,原来长征系列火箭直径约3.35米。
“胖五”通体白色。使用了一种特制的“三防”漆,保证防潮、防霉菌、防盐雾。相比现役火箭,长五火箭箭体上还有一样独有的标识——别致的“5”字红色图案,代替了原来的“CZ-5”字样。
“胖五”近地轨道运载能力达25吨,地球同步转移轨道运载能力达14吨,起飞质量近九百吨,起飞推力超一千吨。