剛剛,長征五號發射成功!中國航天走出“至暗時刻”_風聞
诸葛兵-每日点兵官方账号-每日点兵官方账号2019-12-30 10:58
2019還剩下最後幾天,而大家一夜醒來,卻被一個大白胖子給刷頻了。
▲ 就是這個白色的胖子,這體型比小兵兵胖多了~
究其原因,便是昨晚20時45分,長征五號遙三運載火箭,發射及飛行試驗取得圓滿成功。
▲ 長征五號遙三運載火箭發射成功(圖源:觀察者網)
大家可能奇怪,前兩天太原和酒泉都有長征火箭發射成功,也沒見長五這麼大陣仗,這個“胖五”到底是何方神聖?
答案就藏在長征火箭的族譜中。
長征系列運載火箭,是我國於60年代開始研發的系列航天運載工具,它承擔了我國96.4%的發射任務,發射航天器總質量佔比達到99.2%,是中國運載火箭中的絕對核心主力。
▲ 幾種主力的長征運載火箭
截至到今年12月20日,我國長征系列運載火箭已累計發射322次(算上這次長五遙三就323次了),總髮射成功率達95.34%,目前現役的有長二丙/丁/F、長三甲/乙/丙、長四乙/丙、長五、長六、長七、長十一及子型號。
其中的長征五號,則是中國運載火箭技術研究院,自主研製的新一代大型低温液體運載火箭。
主要承擔高質量載荷、天宮空間站建設、深空探測等發射任務,其作用與中國航天當前的戰略發展計劃息息相關。
▲ 騰空而起的長征五號乙
之所以長五的受關注度如此之高,不僅在於它是目前中國運載能力最強的運載火箭,更在於它承擔着運送天宮空間站組件的重任,對中國載人航天戰略的第三步走——建立長期有人照料的空間站,有着無法替代的關鍵作用。
作為長征系列中的主力型號,長二、三、四及變體型號的運載能力,從2噸到8.6噸不等,用於近地軌道、地球同步轉移軌道、太陽同步軌道的衞星、探測器發射任務尚可。
但隨着中國航天的快速發展,這種程度的運力已經不夠用了。
▲ 搭載神州十一號載人飛船的長征二號F
長五的設計目標是大質量高效運載,2016年發射成功的長征五號,擁有13-14噸的標準地球同步轉移軌道運載能力,而昨天升空的長五乙,將這個數字提高到了23-25噸,運載力翻了將近一倍。
當然也只有它,才能滿足天宮空間站核心艙段、20噸級的運力需求。換句話説,沒有它,我國的空間站計劃只能空想。
而在未來,中國航天勢必要面臨更多大質量、高載荷、高軌道的發射任務,現有的主力運載火箭無一能但此重任,因此需要一型通用程度高、技術成熟、可模塊組合的系列火箭,而它就是長征五號。
▲ 57米高的長征五號,是為中國最大的運載火箭
當然我們的“胖五”可不只是塊頭大,它所使用的各項技術也十分先進,有些技術專利和性能指標已經達到甚至超越世界一流水平。
不是胖兵幹吹,咱用數字和事實來説話。
新型推進劑
在運載火箭這個俱樂部當中,美國德爾塔、俄羅斯質子和長征系列,大多使用四氧化二氮與偏二甲肼的推進劑組合。
這種燃料易儲存,使用它的發動機結構也較為簡單,但是價格十分昂貴,比衝較低(比衝即單位質量與推進衝量的比值,數值越大則推力越強)。
▲ 美國德爾塔系列運載火箭
除此之外,這種燃料在燃燒時還會釋放劇毒,因此使用這種工質的液體燃料火箭發動機還被稱作“毒發”。
一旦火箭意外爆炸,相當於引爆了一個數百噸的毒氣炸彈。
而長征五號的主火箭推進劑為液氧/液氫,助推器推進劑則使用液氧/煤油,這種燃料組合的性價比高、推進效果更強,而且無毒無污染,是國際上新一代大型運載火箭的主流發展方向。
▲ 俄羅斯質子號運載火箭,因為其發動機推力很強,俗稱“毒王”
然而液氧/液氫,在常温下會迅速揮發氣化,因此使用這種燃料的火箭,會在發射前3-4天才開始緩慢加註燃料,即使加註完成,也要不停補加直到發射前幾分鐘,以抵消燃料的自然揮發,否則火箭就會因為沒有足夠動力而發射失敗。
不過呢,減緩氧氫燃料的揮發倒也有辦法,那就是極低温。
▲ 工作人員檢查燃料加註閥門,特殊的工作服是為了防止意外凍傷
大家都知道,低温的極限為絕對零度(-273.15℃),在此温度下連分子都會被凍結。
但這個絕對零度只是理論上的,自然界還沒有發現能夠真正到達絕對零度的先例,只能無限接近於這個數值。
而“胖五”可以通過在燃料貯存罐內外,設置不到3釐米後的隔熱層,可將搭載的液氫維持在-253℃、液氧維持在-173℃。
這可是目前最為出色的極低温燃料儲存技術,大大提高了燃料的安全與穩定性,因此長五還有一個非常形象的綽號:“冰箭”。
▲ 央視曾曝光過長征五號的極低温燃料儲存技術
這種極低温技術的精妙之處還在於,燃料罐內的液氫已經接近絕對零度,但火箭發動機燃燒室內的最高温度卻超過了3300℃,真可謂冰火兩重天。
然而即便如此,“胖五”的電器設備,還能夠在如此巨大的温差中工作。
新的發動機
長五乙的起飛重量約870噸,起飛推力超過1000噸,最大運載推力達到25噸。
要想托起這麼一個龐然大物,光靠推進效果更強的燃料是不夠的,還需要火箭發動機擁有極強的温度適應性(從極冷到極熱)、更強的結構、更穩定的性能和更大的推力。
為此,相關單位同時研發了使用液氧/液氫的YF-77核心發動機、YF-75D次級發動機,以及使用液氧/煤油的YF-100助推發動機。
▲ 我國最新研發的YF-100K助推發動機
長五的芯一級配置兩台YF-77發動機作為核心動力,芯二級則配置兩台YF-75D作為二級動力。
箭體外捆綁了4組助推器,每個助推器配置2台YF-100,3型12台全新研製的大推力發動機提供超過1000噸的起飛推力,足以將870噸的胖五送入太空,其運載能力相比過去有大幅提高。
新的箭體結構與配套設施
為了讓長五達到設計的載重目標,箭體必須使5米級大直徑結構,因此火箭質量猛然攀升到870噸,需要使用更輕盈、更薄的合金蒙皮來減重。
▲ 長五運載的實踐二十號衞星,可以看到火箭的外層殼體其實很薄
工程師們做到了,長五的主體外殼只有幾毫米,整流罩蒙皮的厚度甚至只有0.3毫米,這種設計要求給加工製造提出了史無前例的挑戰。
與此同時,隨着尺寸飆漲,酒泉、太原和西昌三大發射中心,已經無法滿足使用需要,因此我國又在海南新建了文昌火箭發射基地。
此類技術和保障的進步於改變還有很多,此處不多冗述。
當然,在這些乘風破浪般的改進背後,除了強有力的科研力量、資金支持,還有慘痛的教訓。
2017年7月2日,長征五號遙二火箭在發射時出現故障,芯一級的一台發動機熄火,導致發動機推力瞬間下降。

▲ 這一幕也曾在2017年上演過,只不過上一次我們失利了,但我們從沒有倒下,科學探索從來不是一片坦途
火箭無聲的墜入太平洋,耗費五十億元的長五遙二箭星俱毀。
然而,輿論並沒有照顧這羣為了長五奮鬥多年的科研工作者,故障分析工作在“中國航天進入黑暗時刻”的輿論聲中展開。
▲ 某知名問答網站上,因為長五遙二箭星俱毀,黑中國航天更是不遺餘力
但我們的科研團隊,在908個無休的工作日中保持着“歸零”作息,進行了無數次的故障檢測、結構改進和地面試車,終於在突破247項關鍵技術後迎來了今天的勝利。
▲ 遙二發射失利後,科研團隊開始了長達兩年半的閉關
兩年多來,這個年輕的團隊身負重擔,在默默無聞的崗位上耕耘着。
直到遙三成功將實踐二十號衞星送入預定軌道,圓滿完成發射任務時,他們緊張了整整908天的心才放鬆下來。
12月27日的文昌發射中心,除了胖五以外,還有兩個最引人注目的畫面。
一個,是指揮室大屏幕上出現了我種花家的座右銘:“我們的征途是星辰大海!”
當然,此外還有一個細節令人動容,那就是在長五發射成功後,喜極而泣的長髮小姐姐,還有緊咬嘴唇強忍淚水的小哥哥。
沒有親身經歷過的人,不可能知道他們身上,到底揹負了多少無法想象的壓力。

所以説,胖五的成功,意味着中國航天向大載荷與高遠軌道運載能力,邁出了堅實的一步,也給空間站的建設打下了堅實的基礎。
小兵兵相信,有這樣堅持不懈、執着奮進的航天人,種花家一定可以從航天大國變成航天強國,承載14億人對太空探索的夢想,駛向無限精彩的星辰大海!
▲ 月球、火星,種花家來啦!
寫在後面:
有人總説中國航天放緩了,這是小兵兵整理的2019中國航天重大事件,大家自行評判(以下內容整理源於觀察者網):
嫦娥四號登月艙、玉兔二號月球車首次實現人造航天器登錄月背,鵲橋中繼衞星首次實現月地中繼通信;
玉兔二號成為人類航天史上工作時間最長的月球車;
長征十一號火箭實現中國首次海上平台發射;
北斗衞星導航系統完成最核心的中圓軌道和同步傾斜軌道衞星部署;
兩枚快舟1A火箭實現同一發射場間隔6小時快速發射等。
參考資料:[1] 百度百科:長征系列運載火箭[2] 科技日報:這些數字告訴你“胖五”的能耐有多大[3] 中國航天報:長五YF-77歸零:走出至暗時刻[4] 觀察者網:長征五號遙三運載火箭發射成功[5] 石豪:長征五號發射成功有多重要?用“一發定全局”毫不為過[6] “胖五”發射成功瞬間,指揮大廳裏這位小姐姐笑着笑着就哭了