“胖五”火箭归来：未来深空探测主力军

12月27日20时45分，长征五号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空。新华社记者 陈晔华摄

2019年12月27日，我国首型运载能力最大且无毒无污染液体火箭——长征五号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场成功将实践二十号卫星送入预定轨道。由于体型宽大，长征五号运载火箭也被人们亲切地称为“胖五”火箭。这个“大块头”曾在两年前因技术问题发射失利，而今霸气归来立刻燃爆“朋友圈”。除了震撼人心的升空视频不断刷屏外，一连串备受关注的问题也随之而来：“大块头”究竟有什么“大智慧”？设计和研制面临怎样的困难？未来将对我国航天发展产生怎样的影响？带着这些问题，经济日报记者采访了相关专家。

“大块头”本领高强

在之前的40余年里，我国传统运载火箭都是采用3.35米箭体直径的结构设计，运载能力已经远远无法满足未来航天发展的需求。而“胖五”采用的则是全新5米箭体结构，可以说开创了我国运载火箭升级换代的里程碑，代表了我国运载火箭科技创新的最高水平。

今天展现在我们面前的“胖五”不仅身材魁梧、力大无比，而且“内涵”丰富，从内到外共计突破了12大项、200多个核心关键技术。

然而，它的创新发展之路并非一帆风顺：长征五号火箭于2006年正式立项，经过10余年的工程研制，先后于2016年11月3日和2017年7月2日实施了两次发射，其中首次“遥一”发射取得圆满成功，第二次“遥二”发射因发动机故障未能将卫星送入预定轨道。

在航天系统，有一个词叫“归零”。所谓“归零”，是指只要发现任何一点儿故障，无论大小，一切必须全部推倒从零开始。长征五号遥二火箭发射失利后，技术人员经过100余天的故障排查与定位以及180余天的试验验证，最终查明失利原因是由于火箭芯一级氢氧发动机在复杂力热环境下，局部结构发生异常，发动机推力瞬时大幅下降所致。

发动机是火箭的“心脏”，也是整个火箭技术的关键核心所在。随后，研制团队奋力攻关，为“胖五”更换了健康的“心脏”。现在“胖五”身上的氢氧发动机，燃烧液氢和液氧，液氧煤油发动机单台推力120吨，是目前中国火箭发动机中推力最大的。打个形象的比方，火箭点火瞬间，单台发动机产生的压强足以将黄浦江的水打到青藏高原上。可想而知，“胖五”的有效载荷，也就是运载卫星的能力明显增强，约是现役火箭的3倍，可以一次将16辆小汽车的重量送入太空。

不仅如此，“胖五”体内的液氢、液氧和煤油都是无毒、无污染的。点火之后，它们通过“胖五”的“心房”（氢氧发动机和液氧煤油发动机），经过燃烧瞬间达到2000摄氏度以上，燃烧后产生的气体绝对绿色、环保、无污染。

精雕琢匠心之作

在研制团队心里，“胖五”就像自家孩子，越完美越好。它身上的每一处细节，都体现着研制人员的“工匠精神”。

中国航天科技集团火箭院总体设计部轨道设计师王建明介绍，长五火箭在执行深空探测发射任务时，轨道设计，也就是走什么“路”很关键。为火箭、探测器设计的“路”，既要省力，又要省时。

“省力”主要为了让火箭在“力量”不变的前提下，通过选择更短的路、借助行星的引力，送更重的探测器，也可以装更丰富的设备，并达到更多目标。“省时”就是尽快把探测器送到目的地，也不能为了“省力”而“漫步”。所以，轨道设计必须兼顾各方，精准计算，选择最优。根据目前设计的轨道，长五火箭在发射月球探测器、火星探测器时，都是把探测器直接送入转移轨道，无需多绕弯路，省时又省力。

“美国曾于2016年用阿特拉斯—5运载火箭将‘朱诺’探测器送到了木星轨道，它不到4吨重。长五火箭和阿特拉斯—5都属于大型运载火箭，足以把与‘朱诺’重量相当的探测器送到木星。”王建明介绍。

“胖五”虽然块头大，但是要让它成为名副其实的大力士，科研人员还需要对它进行严格的“体重管理”，杜绝“虚胖”，以便“吃”进更多的燃料，“举”起更重的物件。中国航天科技集团长五火箭结构强度分析设计师李林生介绍，长五火箭结构设计时开展了全面的减重优化，火箭芯级的重量、箱体薄厚都是通过优化计算和试验验证得出的。由于长五火箭结构受力复杂，计算时既要考虑重量，又要考虑结构强度，也就是说火箭外壳既要轻又要坚。因此计算必须精准，才能确保减掉的都是“废重”，而不影响火箭正常飞行。也就是说，“胖五”虽然“轻”了，但更坚固，“劲”也更大了。

有担当勇挑重任

“胖五”不仅力大无比，而且还是一位有责任有担当的“硬汉”。未来，它将承担我国探月工程三期、载人空间站建设、火星探测等重大专项任务，也可用于不同地球轨道大型载荷及其他深空探测任务载荷的发射。

据中国航天科技集团长征五号总指挥王珏介绍，2020年，我国将用长征五号运载火箭择机发射“嫦娥五号”，实现月面无人采样返回，圆满完成探月工程“三步走”的总体规划目标。

“目前，我国正在开展首次火星探测工程的研制工作。按照计划，2020年，我国将通过‘胖五’发射火星探测器，并通过一次发射实现火星环绕、着陆和巡视探测。”中国航天科技集团长征五号运载火箭总设计师李东告诉记者，“‘胖五’研制成功，将大幅提高我国进入空间的能力，助力我国深空探测能力和水平提升，实现在深空探测领域的跨越。”

运载火箭的能力有多大，航天事业的舞台就有多大。中国航天科技集团火箭院院长王小军表示，长征五号火箭为构筑我国新一代运载火箭系列型谱以及发展重型运载火箭奠定了坚实的技术基础。

作者：经济日报·中国经济网记者 姜天骄

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