航天科學有險阻，“胖五”苦戰能過關！_風聞

2019年12月27日晚上20時45分，長征五號遙三運載火箭搭載實踐二十號運載衞星從海南文昌航天發射場的一號工位發射升空。約2223秒後，與實踐二十號衞星成功分離,送入近地點192千米、遠地點68016千米的預定軌道，任務取得圓滿成功。

 ▲ 長五遙三火箭升空現場

根據現場畫面，火箭點火174.9秒後，助推器分離，大約500秒後，芯一級和二級分離，隨後二級發動機點火，770秒二級發動機一次關機，由於擔負直播任務的央視頻道在此後中斷了現場畫面，我們無從得知二級發動機的二次點火時間、關機時間、末速修正關機的具體時間，但從星箭分離的約2223秒與預計的2241.2秒來看，本次發射相當順利，基本沒有遇到重大的阻礙。

▲ 長五遙三發射預計的各個時間節點

這次發射可謂是長征五號運載火箭揚眉吐氣的關鍵時刻。在過去幾年的航天發射中，沒有哪一款運載火箭像長征五號一樣在吸引瞭如此多的注意力的同時，又曾經如此地“不容樂觀”。

▲ 長五遙二的發射失敗，一度給整個長五項目蒙上了陰影

從技術角度來看，長征五號是中國新一代長征系列運載火箭中已經立項研製的最大型號，也是運用技術最為先進，代表了中國新一代運載火箭水平的關鍵型號。該型火箭以通用化、系列化、組合化為重點。可搭載三種專門為其設計的，代表中國最先進水平的火箭發動機，完全採用無毒無污染的液氫或煤油和液氧推進劑，分別為推力為120噸的YF-100液氧煤油高壓補燃循環發動機、推力為50噸的YF-77燃氣循環氫氧發動機和推力為9噸的YF-75D膨脹循環氫氧發動機。長征五號系列實行模塊化設計，由直徑為5米、3.35米和2.25米的三種模塊構成。其中5米模塊包含兩個50噸級的YF-77發動機（芯一級）或兩個9噸級的YF-75D發動機（芯二級），3.35米模塊包含兩個120噸級的YF-100發動機，2.25米模塊包含一個120噸級的YF-100發動機。

▲ 長征五號作為中國目前推力最大的火箭，其性能足以滿足我國多數航天發射所需

目前已經進行發射的是長征五號基本型運載火箭，採用二級半構型，芯級採用5米直徑，捆綁4個3.35米直徑斜頭錐助推器，是系列中最為強大的型號。全箭總長56.97米，起飛質量878.556噸，起飛推力約1062噸，主要承擔地球同步轉移軌道任務，運載能力14噸，較中國原有運載火箭提升2.5倍，一舉超越歐空局阿麗亞娜5、俄羅斯質子、日本H2B、美國宇宙神553等主流火箭型號。也正是因為長征五號推力巨大、性能先進，因此該系列運載火箭不僅被當做中國新一代火箭技術進展的標杆，也被賦予了發射中國一系列重型衞星、探測器以及空間站等一系列關鍵航天器的重任。

▲ 長五遙三發射中攜帶的實踐二十號，也是首次成功驗證的東方紅五號衞星平台

然而事與願違，長征五號在已經進行的兩次發射中的表現，都遠遠不能算是令人滿意。由於長征五號因為技術複雜，從2006年研製開始，就多次出現發射計劃推遲，原定的長征五號遙一運載火箭最早計劃2014年發射，隨後一度推遲到2015年，最後定於2016年發射。

▲ 為了長五發射的萬無一失，首發長五的試射一再推遲

2016年11月3日晚上20時43分，長征五號遙一運載火箭搭配遠征二號上面級，於文昌航天發射場一號工位將實踐十七號衞星發射升空。然而發射過程中二級故障提前關機，最後由遠征二號上面級延長一次點火時間，將實踐十七號衞星送入預定軌道。從結果上看，這次發射屬於成功，但從發射過程上看，運載火箭在發射塔架上先後遭遇遭遇一級助推器氧排氣管道故障和一級芯級的氫氧發動機預冷故障，被迫三次推遲發射時間；發射後又遇到二級火箭故障提前關機，顯然並不是一次圓滿的發射。

▲ 長五遙一一波三折的首飛背後，是長征五號的各種隱患的體現

2017年7月2日晚上19時23分，長征五號遙二火箭在文昌航天發射場一號工位搭載實踐十八號衞星發射升空，火箭飛行至252秒時，飛行狀態出現異常。飛行至346秒時，芯一級兩台YF-77液氫液氧發動機中的一分機渦輪排氣裝置在複雜力熱環境下，局部結構發生異常，發動機推力瞬時大幅下降，致使火箭無法達到預定飛行速度與高度，最終火箭二級與衞星在西太平洋再入，發射任務失利。

▲ 長五遙二的發射過程無疑是很多航空迷心中難以釋懷的失敗

一次有不小瑕疵的“發射成功”和一次徹底的“發射失敗”，使接下來準備發射的長征五號遙三火箭受到了巨大的壓力。由於中國航天工業接下來新一代航天器，包括“嫦娥五號”月球探測器、新一代載人飛船、“螢火二號”火星探測器、“巡天”太空望遠鏡以及由“天和”號核心艙、“問天”號試驗艙和“夢天”號試驗艙組成的中國“天宮”號空間站都要依靠長征五號系列的運載火箭發射，在許多航天器已經被製造出來，卻因為火箭的研製進度問題遲遲無法投入使用的情況下，長五遇到的技術問題已經成為了中國航天工業全面升級的關鍵瓶頸。

▲ 已經造出來的許多航天器都被迫在地面上等待長五的成功

為了確保火箭的發射取得成功，航天工業部門不厭其煩地對火箭進行了改進，火箭工程研製隊伍在全面落實故障改進措施的基礎上，對芯一級發動機進行改進，改進後的芯一級液氫液氧發動機完成多次地面熱試車考核，驗證了改進措施的有效性。同時，渦輪排氣裝置的設計圖紙被大幅度更改，在原零件的基礎上增添了5個導流葉片，新零件材料從不鏽鋼改為鎳基高温合金，並新採用電火花電弧複合高速數字化銑削技術及其數控機牀進行生產加工……這一切在改進了火箭缺陷，提升了火箭可靠性的同時，也進一步延長了火箭的研製時間，導致原定於2018年發射的長征五號遙三火箭的發射時間也一再推遲，直到今年的12月27日，長征五號遙三火箭一飛沖天，這一瓶頸才真正被徹底突破。

▲ 作為需要兩次點火的二級發動機無疑是研製中需要重點關照的

近幾年來，隨着中國經濟水平的發展和航天科技在國民經濟領域應用的不斷深入，以及包括新型號長征運載火箭和快舟運載火箭在內的新生力量投入航天發射中，我國的航天發射數量在短時間內呈現出高速增長的趨勢：2009年以前，中國的航天發射常年保持每年個位數或者10次左右的規模，而從2010年中國航天發射次數達到15次以後，中國航天的發射在2011年、2012年和2015年都達到了19次，並在2016年突破20次大關達到22次；2018年，中國進行了多達39次航天發射（包括一次失敗的民營航天發射），年度發射次數首次超越美俄兩國，成為當年世界上航天發射數量最多的國家。

▲ 各種新一代運載火箭的加入，讓中國在航天發射領域迅速崛起

今年截至長征5號發射之前，中國已經進行了33次航天發射，超過俄羅斯的22次和美國的21次，連續第二年成為世界航天發射數量的冠軍。作為衡量一國航天產業規模的關鍵性指標之一，中國在這一領域的發力和趕超，毫無疑問代表着中國航天工業在逐漸發展之後所取得的相當不俗的成績。

▲ 在數量上取得突破的同時，質量上的進步自然極為可貴

不過在中國航天發射數量顯著增加的同時，航天發射的成功率卻成了輿論和坊間頗為在意的一大問題。在2011年8月之前，中國已經有連續6年的時間沒有出現過航天發射失敗，如果不考慮全固體的開拓者一號小型運載火箭，而單考慮長征系列運載火箭的話，則1996年8月長征三號發射中星七號通信衞星失敗之後，長征系列運載火箭曾經取得連續15年，累計102次發射的成功（包括髮射後補救成功）。如此高的發射成功率為長征火箭贏得了良好的聲譽，也成為當時中國航天引以為自豪的亮點之一。在此之後，中國航天發射在2011年、2013年、2016年、2017年、2018年和2019年都遭遇了發射失敗，而且由於此前長征五號的連續兩次發射不順利，如何確保中國航天工業繼續保持“高成功率”已經成為了航天工業部門頗為看重的一個問題。

▲ 每一次發射失敗的背後，都是中國航天進一步的成長

無論是從與長征五號類似的氫氧發動機大型運載火箭的研製歷程來看，還是從中國自己航天運載火箭的發展歷史來看，高難度、高技術的新一代運載火箭由於其高度的風險性，其研製過程從來就不是一帆風順的：歐洲航天局上世紀90年代初研製的“阿麗亞娜5”運載火箭也是一款以氫氧火箭發動機為主動力的大推力運載火箭，該箭於1996年進行的首次發射就因火箭升空37秒後的火箭姿態控制軟件出現故障，火箭發生高速的90度滾轉而被迫自毀；第二次發射也由於氫氧火箭發動機噴管問題導致一級主發動機提前關閉，讓衞星無法送達預定軌道；直到1998年“阿麗亞娜5”的第三次發射，火箭的主要技術問題才得到解決，併成功將衞星送入預定軌道。

▲ 同為大“冰箭”的阿麗亞娜5型火箭在早期也遭遇過可怕的失敗

中國在研製本國的“長征二號”運載火箭的過程中，也曾經在早期遭遇類似的連續嚴重故障。長征二號運載火箭的直接技術前身就是東風-5戰略洲際彈道導彈，該彈在20世紀70年代研製過程中，生產的〇一批第一枚遙測彈在1971年9月10日進行的試射中，就發生了由於彈上計算機不能適應低彈道，引發二級主發動機提前30秒關機，導彈在低彈道狀態下落點比預定瞄準點遠了565公里，未能完全模擬全程彈頭的再入環境；〇一批第二枚遙測彈於1972年12月26日試射點火時，由於電爆管短路，導致脱落插頭提前脱落，4個發動機中的1、3分機因啓動活門未打開而未能點火，導彈緊急關機中止發射；該彈經維修後於1973年4月8日再次發射，因為控制系統突然斷電，導彈在升空到43秒時因為失穩而自毀；〇一批第三枚導彈在1973年1月被改做運載火箭，發射我國第一顆返回式衞星，並在1973年11月被正式命名為“長征二號”，但1974年11月5日，長征二號在發射第一顆返回式衞星過程中，由於火箭控制系統俯仰通道的箭上電纜斷了一根導線，導致火箭起飛後即出現失穩，20秒後墜毀。在研製該箭的航天一院進行了全面的產品質量整頓工作，詳細分析了事故發射失敗的原因及研製過程中發現的其他問題，並採取了相應的措施之後，1976年12月，長征二號運載火箭成功發了返回式衞星，並開創了此後長征二號系列運載火箭連續16年13次成功發射的序幕。

▲ 長征二號系列的輝煌，也是在一次次的失敗中獲得的

正所謂“科學有險阻，苦戰能過關”，航天事業中遇到的困難、障礙甚至是暫時的挫折，都不會阻擋中國航天事業發展前進的腳步；而長征火箭“安全可靠，成功率高”的優良傳統，也不能成為中國航天在面對技術跨越“因噎廢食”停滯不前的理由；持續不斷的科研投入，嚴謹客觀、精益求精的工作態度，穩健推動的科學試驗，最終必將推動中國航天工業繼續前進，引領中國人民走向新的輝煌！

▲ 祝賀中國航天人！