文_崔馨月

“冰箭”沖天 中國挺進大火箭時代

文_崔馨月

我國最大推力運載火箭長征五號于11月3日20時43分在海南文昌發(fā)射場點火發(fā)射升空，約30分鐘后，載荷組合體與火箭成功分離，進入預定軌道，長征五號運載火箭首次發(fā)射任務取得圓滿成功。

長征五號是新一代大型兩級低溫液體捆綁式運載火箭，是我國目前研制規(guī)模和技術跨度最大的航天運輸系統(tǒng)工程，完全采用無毒無污染推進劑，因其內部溫度極低，又被形象稱為“冰箭”。

“力拔山兮氣蓋世”

“冰箭”于9月上旬運抵發(fā)射場后，陸續(xù)完成了總裝、測試等各項準備工作。10月28日，承載著“冰箭”的活動發(fā)射平臺駛出發(fā)射場垂直測試廠房。從技術區(qū)轉運至發(fā)射區(qū)的2.8千米路程，火箭需要乘坐活動發(fā)射平臺來完成?！氨鄙砀叽蠹s57米，相當于20層樓高，凈重近百噸，因此需要為它量身打造“專車”，有半個足球場大。一路上，活動發(fā)射平臺不僅要載著它行走，還要為它供氣、供電，以保持箭地連接不變，減少發(fā)射區(qū)的工作，縮短發(fā)射流程。

同時，“冰箭”采用新型發(fā)射塔，架高91.7米，一共12層，距離海邊850米。整個塔架采用的是鋼框架與鋼筋混凝土的混合結構，它的強度足以抵擋臺風和地震。在塔架的四周是四座高120米的避雷塔，可以防止雷電的影響。它是我國目前距離海邊最近的一座火箭發(fā)射塔架，長期處于高溫、高濕、高鹽的環(huán)境中，空氣當中大量的氯離子會對鋼結構建筑產生嚴重的腐蝕，為此，塔架外表采用了熱噴涂的防腐涂層，相當于給塔架穿上了一件防腐蝕的外衣。文昌航天發(fā)射場工程建設指揮部工程師周湘虎說：“我們也采取了其他一些措施，包括用盲板把它封堵，不讓空氣進入這些管壁的內部，從內部進行腐蝕，還有連接的部位采用原子灰進行密封?！?/p>

“一片冰心在玉壺”

“冰箭”腰身粗，個頭大，芯級直徑達5米，助推器直徑達3.35米，這是目前我國研制火箭中直徑最大的。雖然在名稱、序列上仍隸屬“長征”系列，但“冰箭”采用247項核心關鍵新技術，新技術比例幾乎達到100%。

“冰箭”的設計思想以通用化、系列化、組合化為重點，首次實現(xiàn)了6種構型同時開展總體設計，成功解決了6種構型同時優(yōu)化與設計的難題；首次采用了5米直徑大型箭體結構，這不僅僅是結構外形尺寸的簡單放大，而且是對結構形式、試驗驗證體系等的徹底革新；可搭載兩種專門為其設計的火箭發(fā)動機，分別為推力120噸的YF-100液氧煤油高壓補燃循環(huán)發(fā)動機和推力50噸的YF-77氫氧發(fā)動機。

“冰箭”在燃料上不同于目前使用化學燃料的常規(guī)火箭，采用無毒、無污染的液氫液氧作為推進劑。在其身體里，90%是零下252攝氏度的液氫和零下183攝氏度的液氧，這已經接近低溫的極限，“冰箭”一名正源于此。它的動力系統(tǒng)由芯一級、芯二級和4個助推器共同組成，4個助推器搭載8臺全新研制的120噸液氧煤油發(fā)動機，它們被裝配在4個助推器上，可產生最高壓強達500個大氣壓。

身材霸氣的“冰箭”腦袋尖尖的，4個助推器也都是“斜頭錐”，“依偎”在芯一級的身旁。這樣的設計不僅是為了提升“冰箭”的帥氣程度，還能夠減小空氣阻力，讓“冰箭”飛起來更省力，從而提升運載能力。

此外，“冰箭”還采用了全新的全數(shù)字化三維設計方法，細到每一個螺釘?shù)拇笮『臀恢枚寄芤荒苛巳弧?/p>

“而今邁步從頭越”

文昌發(fā)射場承擔了此次“冰箭”的發(fā)射任務。據(jù)發(fā)射場發(fā)測站站長唐功建介紹，此次“冰箭”發(fā)射的任務主要是檢驗“冰箭”設計的正確性、飛行的可靠性以及發(fā)射場和火箭之間的匹配性。

從2006年正式立項至今，“冰箭”十年鑄，核心技術有完全自主知識產權，起飛質量約869噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉移軌道14噸的運載能力，比現(xiàn)役火箭運載能力提升了兩倍以上，與國際上主流運載火箭相當，可以完成近地軌道衛(wèi)星、地球同步轉移軌道衛(wèi)星、太陽同步軌道衛(wèi)星、空間站和月球探測器等各類航天器的發(fā)射任務，是我國迄今為止運載能力最大的火箭。

“冰箭”雖然采用全新技術，研制復雜程度超過以往任何一個型號的長征系列火箭，但它的設計可靠性卻是最高的。我國現(xiàn)役火箭設計可靠性最高的是0.97，而長征五號設計可靠性達到了0.98。

2017年左右，“冰箭”將承擔嫦娥探月工程“繞、落、回”三步走當中最后一步“回”的發(fā)射任務，同時它將在中國空間站的建設過程中扮演重要角色，2018年將會開始陸續(xù)發(fā)射3個20噸級的空間站艙段。

中國載人航天工程總設計師周建平介紹說，未來空間站會單獨發(fā)射一個十幾噸的光學艙，并計劃在光學艙里架設一套口徑兩米的巡天望遠鏡，分辨率與哈勃相當，視場角是哈勃的300多倍。屆時，“冰箭”將光榮地擔負起“巡天號”太空望遠鏡的發(fā)射任務。另外，2020年還將發(fā)射我國首個火星探測器。

鵬程萬里展宏圖

“冰箭”是一個新設計、新材料、新結構的火箭，可用于發(fā)射不同地球軌道大型載荷及其他深空探測任務載荷，也為我國未來載人登月用的重型火箭研制奠定了基礎。

通過“冰箭”研制，我國不僅掌握了5米直徑結構的設計、制造能力，還突破了千噸級靜力試驗技術等，同時大型結構制造也帶動了材料、機械加工、熱處理、焊接、檢測等裝備制造業(yè)的大發(fā)展。

“冰箭”實現(xiàn)了我國火箭運載能力大跨越，為后續(xù)國家重大航天工程任務提供了高可靠、低成本、無毒無污染、適應性強、安全性好、運載能力大的先進運載工具。

同時，“冰箭”帶動了整個中國新一代運載火箭技術的發(fā)展，長征七號、長征六號都是從“冰箭”的核心技術衍生出來的。通過“冰箭”的研制，我國運載火箭的基礎水平能力得到了提升。

另外，應對商業(yè)航天發(fā)射的又一款新型運載火箭長征八號已經啟動論證，長征家族再添新成員，未來運載能力超過100噸的重型火箭也已經進入到技術攻關階段。

據(jù)中國載人航天工程副總指揮雷凡培介紹，預計到2019年能夠完成這個階段技術攻關的任務，初步論證的結果是近地軌道的運載能力，可以達到100噸到130噸左右，實現(xiàn)到更遠的星球上進行巡視勘探，把人送到月球進行科學研究。

——摘自《人民日報·海外版》

編者按：我國首枚大型運載火箭長征五號11月3日發(fā)射成功了！這是我國運載火箭升級換代的里程碑工程，是我國由航天大國邁向航天強國的重要標志。作為我國目前運載能力最大的火箭，它還有個形象的稱謂，叫“冰箭”。這源于其首次采用零下252℃的液氫和零下183℃的液氧作為推進劑，箭體內部極低溫，還實現(xiàn)了無毒無污染。為了鑄成這枚“冰箭”，我國科研人員整整花了10年時間，全面突破了12個大項、200多個關鍵核心技術。

那么，我們?yōu)槭裁匆爝@枚“冰箭”？未來它又將派上什么大用場？本期《視野》欄目將為您一一解答。