李 東，王 玨，何 巍，李平岐，牟 宇

（1. 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076；2. 北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076）

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭總體方案及關(guān)鍵技術(shù)

李 東1，王 玨1，何 巍2，李平岐2，牟 宇2

（1. 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076；2. 北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076）

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭是中國(guó)全新研制的新一代大型運(yùn)載火箭，2006年獲得國(guó)家立項(xiàng)，正式開(kāi)始工程研制，2016年11月3日在海南文昌發(fā)射場(chǎng)實(shí)施首次發(fā)射，并取得圓滿成功，工程研制歷時(shí)10年。在研制過(guò)程中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)攻克了大量的工程技術(shù)難題，積累了豐富的大型低溫運(yùn)載火箭研制經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭大幅提高了中國(guó)運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力，其首飛成功在邁向航天強(qiáng)國(guó)的征程中踏出了最為堅(jiān)實(shí)的一步，中國(guó)也由此進(jìn)入了擁有大型運(yùn)載火箭的國(guó)家行列。

運(yùn)載火箭；長(zhǎng)征五號(hào)；運(yùn)載能力

0 引 言

2016年11月3日，全新研制的新一代大型運(yùn)載火箭長(zhǎng)征五號(hào)（CZ-5）在中國(guó)海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)托舉著遠(yuǎn)征二號(hào)上面級(jí)和實(shí)踐十七號(hào)衛(wèi)星（SJ-17），經(jīng)過(guò)約

1 821 s的飛行成功進(jìn)入預(yù)定軌道，首飛取得圓滿成功。長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭的首飛成功標(biāo)志著中國(guó)運(yùn)載火箭從此進(jìn)入了擁有大型運(yùn)載火箭的國(guó)家行列[1]。

1 研制背景及總體方案

中國(guó)航天經(jīng)過(guò)60年的發(fā)展，形成了具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“長(zhǎng)征”家族系列火箭。21世紀(jì)，世界主要航天強(qiáng)國(guó)均推出了新一代運(yùn)載火箭，如美國(guó)的宇宙神5、德?tīng)査?，歐洲的阿里安5等。中國(guó)運(yùn)載火箭在運(yùn)載能力等方面與國(guó)外同類火箭相比存在一定差距。為全面提升中國(guó)運(yùn)載火箭的技術(shù)水平，提高運(yùn)載能力、可靠性、安全性、適應(yīng)性和環(huán)境友好性，2006年，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭正式獲得國(guó)家航天局立項(xiàng)，進(jìn)入工程研制階段。作為中國(guó)新一代運(yùn)載火箭中第1個(gè)立項(xiàng)研制的火箭型號(hào)，是為滿足航天發(fā)展對(duì)大運(yùn)載能力日益迫切的需求而研制的新一代大型運(yùn)載火箭，它以大幅提升中國(guó)進(jìn)入空間的能力為目標(biāo)，是中國(guó)由航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的重要支撐和顯著標(biāo)志之一。

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭按照“通用化、系列化、組合化”設(shè)計(jì)思想，以“一個(gè)系列、兩種發(fā)動(dòng)機(jī)、三個(gè)模塊”為基礎(chǔ)，瞄準(zhǔn)中國(guó)航天發(fā)展的現(xiàn)實(shí)和迫切的需求而規(guī)劃的一個(gè)系列化運(yùn)載火箭，而不為單一特定載荷設(shè)計(jì)?；? m直徑模塊構(gòu)建形成了中國(guó)新一代大型運(yùn)載火箭長(zhǎng)征五號(hào)系列，共有6種構(gòu)型（見(jiàn)圖1），首飛構(gòu)型為二級(jí)半最大構(gòu)型，即長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭，地球同步轉(zhuǎn)移軌道（Geosynchronous Transfer Orbit，GTO）能力達(dá)到14噸級(jí)；用于載人空間站工程空間站艙段發(fā)射任務(wù)的長(zhǎng)征五號(hào)乙運(yùn)載火箭，為一級(jí)半最大構(gòu)型，其近地軌道（Low Earth Orbit，LEO）最大運(yùn)載能力達(dá)到25噸級(jí)?；?.35 m直徑和2.25 m直徑模塊構(gòu)建形成了中國(guó)新一代中型和小型運(yùn)載火箭。

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭總長(zhǎng)約57 m，捆綁4個(gè)助推器，起飛質(zhì)量約878 t，采用二級(jí)半構(gòu)型，由結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和地面發(fā)射支持系統(tǒng)等組成，主要方案如下：

a）芯一級(jí)采用5 m直徑模塊，2臺(tái)地面推力50噸級(jí)的YF-77氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)雙向擺動(dòng)；

b）助推器采用4個(gè)3.35 m直徑模塊，每個(gè)模塊配置2臺(tái)地面推力120噸級(jí)的YF-100液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，每個(gè)助推器擺動(dòng)靠近芯級(jí)內(nèi)側(cè)的1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)；

c）芯二級(jí)采用2臺(tái)真空推力9噸級(jí)改進(jìn)的新型膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)YF-75D作為主動(dòng)力，雙向擺動(dòng)、兩次啟動(dòng)；

d）二級(jí)采用輔助動(dòng)力完成滑行段姿態(tài)控制、推進(jìn)劑管理和有效載荷分離前末修、調(diào)姿，整流罩頭錐采用馮?卡門(mén)外形，直徑5.2 m，高12.267 m，助推器采用斜頭錐外形等。

2 主要技術(shù)特點(diǎn)

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭是中國(guó)首個(gè)起飛推力超過(guò)千噸的大型運(yùn)載火箭，相比現(xiàn)役長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭，運(yùn)載能力提高2.5倍以上，運(yùn)載能力和運(yùn)載效率位居世界前列。

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭的研制工作歷時(shí)10年，研制過(guò)程中突破了以12項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)為代表的247項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)過(guò)程中，開(kāi)展了各類地面試驗(yàn)2 100余項(xiàng)，試驗(yàn)次數(shù)7 000余次，火箭整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，建立和完善了中國(guó)大型低溫運(yùn)載火箭的研制體系和規(guī)范，提升了中國(guó)運(yùn)載火箭的研制技術(shù)水平和能力。

2.1 總體優(yōu)化及環(huán)境預(yù)示技術(shù)

為了滿足長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭系列化構(gòu)型設(shè)計(jì)要求，按照火箭總體性能需求完成了大型運(yùn)載火箭構(gòu)型優(yōu)化、級(jí)間比優(yōu)化、傳力路線方案優(yōu)化，確定了液氧煤油助推與氫氧芯級(jí)的組合，以及助推支撐、前捆綁傳力，二級(jí)懸掛氧箱和助推器斜頭錐等火箭總體方案。分離設(shè)計(jì)方面，完成了中國(guó)最大的3.35 m直徑助推器分離（見(jiàn)封二圖2）的方案設(shè)計(jì)、仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證；完成了8 m超長(zhǎng)分離距離級(jí)間分離仿真分析、5.2 m直徑整流罩分離設(shè)計(jì)、仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證；采用全箭精細(xì)化模型完成全箭氣動(dòng)仿真分析、發(fā)動(dòng)機(jī)工作羽流分析等。

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭采用全新研制的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)，為了提高箭上儀器設(shè)備工作可靠性及鑒定余量，開(kāi)展了火箭力學(xué)環(huán)境、熱環(huán)境預(yù)示分析及試驗(yàn)驗(yàn)證工作：完成了高、低頻振動(dòng)預(yù)示、噪聲環(huán)境預(yù)示等力學(xué)環(huán)境預(yù)示；完成了氣動(dòng)加熱、多噴管底部噴流、側(cè)推火箭噴流等熱環(huán)境預(yù)示；完成了地面試車、其他型號(hào)飛行等多種工況下的環(huán)境測(cè)量等；開(kāi)展整艙級(jí)振動(dòng)以及聲振聯(lián)合試驗(yàn)，解決力、熱環(huán)境預(yù)示難度大以及精細(xì)化設(shè)計(jì)的難題。

2.2 大直徑箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造與試驗(yàn)技術(shù)

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭首次采用5 m直徑結(jié)構(gòu)（見(jiàn)封二圖3），突破了傳統(tǒng)火箭3.35 m直徑限制，是實(shí)現(xiàn)運(yùn)載能力大跨越的基礎(chǔ)。采用全新貯箱和殼體新材料——2219鋁合金，全新攪拌摩擦焊焊接工藝，全新低溫貯箱絕熱方案，開(kāi)展了大直徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)技術(shù)攻關(guān)，完成了大型助推捆綁傳力設(shè)計(jì)、大直徑貯箱設(shè)計(jì)、大直徑殼段設(shè)計(jì)，以及新型貯箱焊接技術(shù)、整體鍛環(huán)制造技術(shù)、大型低溫貯箱靜力及蒸發(fā)量試驗(yàn)技術(shù)、大直徑殼段部段聯(lián)合試驗(yàn)技術(shù)等。

5.2m直徑大型馮·卡門(mén)透波整流罩結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新使用了碳纖維輕質(zhì)蒙皮+預(yù)成型泡沫夾芯結(jié)構(gòu)技術(shù)方案；大尺寸蒙皮桁條結(jié)構(gòu)級(jí)間段承載能力近千噸，是目前中國(guó)最大尺寸單一部段半硬殼結(jié)構(gòu)；偏心集中載荷超過(guò)300 t的大型偏置斜頭錐結(jié)構(gòu)技術(shù)、大直徑及大集中載荷薄殼結(jié)構(gòu)技術(shù)均實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。成功研制了中國(guó)規(guī)模最大的低溫輕質(zhì)貯箱，解決了大直徑鍛環(huán)過(guò)渡結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)和剛度匹配性難題。大型結(jié)構(gòu)研制同時(shí)帶動(dòng)了機(jī)械加工、熱處理、焊接、檢測(cè)等裝備的發(fā)展。2.3 低溫增壓輸送系統(tǒng)及新型閥門(mén)技術(shù)

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭動(dòng)力系統(tǒng)采用全低溫新型發(fā)動(dòng)機(jī)。助推煤油系統(tǒng)采用常溫氦閉式增壓方案，氧系統(tǒng)采用氦氣引射循環(huán)預(yù)冷和氦氣加溫閉式增壓方案；芯一級(jí)氫系統(tǒng)采用循環(huán)泵強(qiáng)迫循環(huán)預(yù)冷方案和閉式自生增壓方案，氧系統(tǒng)采用氦氣引射循環(huán)預(yù)冷和開(kāi)式自生增壓方案；芯二級(jí)氫系統(tǒng)采用排放預(yù)冷和開(kāi)式自生增壓方案，氧系統(tǒng)采用排放預(yù)冷和閉式氦加溫增壓方案。為滿足全箭“可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)、安全性好”的研制要求，動(dòng)力系統(tǒng)解決了循環(huán)預(yù)冷、大口徑高精度閥門(mén)、高可靠冗余增補(bǔ)壓、統(tǒng)一供配氣、配氣臺(tái)冗余控制等技術(shù)難題。

2.4 助推器與芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合搖擺技術(shù)

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭采用5 m芯級(jí)直徑、助推前捆綁傳力結(jié)構(gòu)形式，全箭動(dòng)力學(xué)特性異常復(fù)雜，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度極大，并且首次論證采用了助推與芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合搖擺控制技術(shù)。在姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方面，基于牛頓-歐拉矢量力學(xué)體系、拉格朗日分析力學(xué)體系推導(dǎo)建立基于空間模態(tài)的新一代運(yùn)載火箭姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型；攻克了助推局部模態(tài)進(jìn)入控制回路、發(fā)動(dòng)機(jī)-伺服小回路低頻諧振、POGO-姿態(tài)控制回路耦合等多個(gè)動(dòng)力學(xué)與控制深度耦合的技術(shù)難題，箭體模態(tài)如圖2所示。通過(guò)大型儀器艙角振動(dòng)試驗(yàn)、帶箭體邊界的伺服機(jī)構(gòu)特性測(cè)試試驗(yàn)、速率陀螺與加速度計(jì)箭上選位試驗(yàn)，有效抑制了箭體彈性邊界對(duì)控制回路的質(zhì)量影響。

2.5 大型低溫火箭POGO抑制技術(shù)

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭POGO設(shè)計(jì)面臨發(fā)動(dòng)機(jī)新、箭體結(jié)構(gòu)低頻模態(tài)密集、安全頻率窗口較窄等難題，為此開(kāi)展了全新的頻率特性分析，解決了密集窄窗口問(wèn)題；引入了高壓補(bǔ)燃和膨脹循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，創(chuàng)新性地將模擬打靶、參數(shù)辨識(shí)、小波分析等應(yīng)用于POGO設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析中，有效地解決了大型復(fù)雜模態(tài)、結(jié)構(gòu)-控制-動(dòng)力強(qiáng)耦合的低溫液體運(yùn)載火箭POGO抑制設(shè)計(jì)技術(shù)難題。通過(guò)開(kāi)展YF-100和YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)氧泵動(dòng)態(tài)水試、助推和一級(jí)氧管路動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)、YF-100氧泵間管兩相流原理性驗(yàn)證試驗(yàn)等地面試驗(yàn)，保證了POGO抑制設(shè)計(jì)的可靠性。

2.6 120噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

120噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)是中國(guó)首臺(tái)自主研制的采用高壓補(bǔ)燃循環(huán)方式的大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)自身啟動(dòng)、化學(xué)點(diǎn)火為單推力室、泵壓式結(jié)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)創(chuàng)新性強(qiáng)、研制難度大，攻克的關(guān)鍵技術(shù)包括：補(bǔ)燃循環(huán)系統(tǒng)自身啟動(dòng)技術(shù)，大推力發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)及布局設(shè)計(jì)技術(shù)，高壓大流量推力室穩(wěn)定燃燒及冷卻技術(shù)，高壓大流量富氧發(fā)生器技術(shù)，高壓大流量高功率渦輪泵技術(shù)，高精度調(diào)節(jié)與控制組件技術(shù)，新材料應(yīng)用工藝和試驗(yàn)技術(shù)等。120噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的研制突破了73項(xiàng)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)技術(shù)，新研制了50余種材料。截至長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭首飛，發(fā)動(dòng)機(jī)試車超過(guò)57 000 s，單機(jī)實(shí)現(xiàn)5次啟動(dòng)、試車時(shí)間

2 000 s；該發(fā)動(dòng)機(jī)的研制成功，使中國(guó)成為繼俄羅斯之后，第2個(gè)掌握高壓補(bǔ)燃液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)全部核心技術(shù)的國(guó)家。

2.7 50噸級(jí)大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

50噸級(jí)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)YF-77是中國(guó)自主研制的首臺(tái)大推力、地面點(diǎn)火啟動(dòng)的氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，代表了中國(guó)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的最高水平，填補(bǔ)了中國(guó)大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的空白。發(fā)動(dòng)機(jī)采用化學(xué)推進(jìn)劑中能量最高、燃燒產(chǎn)物零排放的液氫作為燃料，與現(xiàn)役氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)相比，YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)真空推力是其9倍，推力室室壓是其2.7倍，氫渦輪泵功率是其15倍，氧渦輪泵功率是其20倍，外廓尺寸是其5倍，且工作過(guò)程中承受嚴(yán)酷的飛行熱環(huán)境以及泵前高過(guò)載環(huán)境條件。發(fā)動(dòng)機(jī)在研制過(guò)程中，解決了高壓大尺寸氫氧燃燒室高頻不穩(wěn)定燃燒和冷卻技術(shù)及高性能、高功率密度多級(jí)氫渦輪泵技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，使中國(guó)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)能力跨上了新的臺(tái)階。截至長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭首飛，發(fā)動(dòng)機(jī)試車超過(guò)38 000 s，單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)15次、試車5 346 s。

2.8 9噸級(jí)膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

芯二級(jí)YF-75D發(fā)動(dòng)機(jī)是中國(guó)首次采用閉式膨脹循環(huán)的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，取消了燃?xì)飧毕到y(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成極大減化，固有可靠性大幅提高，具有推進(jìn)劑混合比調(diào)節(jié)功能和二次啟動(dòng)能力。研制過(guò)程中解決了以受真空環(huán)境影響的發(fā)動(dòng)機(jī)高空二次啟動(dòng)技術(shù)；高轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)壽命、高可靠氫渦輪泵技術(shù)；高強(qiáng)換熱、高可靠推力室身部換熱技術(shù)；小溫差冷氦換熱器技術(shù)；小通徑葉輪粉末冶金成型技術(shù)為代表的設(shè)計(jì)、工藝、試驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù)。截至長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭首飛，YF-75D發(fā)動(dòng)機(jī)試車超過(guò)45 000 s，無(wú)故障試車超過(guò)30 000 s，創(chuàng)造了中國(guó)運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制的新紀(jì)錄。YF-75D發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)由開(kāi)式循環(huán)到閉式循環(huán)的跨越，成為目前中國(guó)比沖性能最高的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。推力室再生冷卻通道單位壓降下的換熱功率等指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

2.9 采用總線技術(shù)的系統(tǒng)級(jí)冗余控制技術(shù)

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)在中國(guó)運(yùn)載領(lǐng)域首次全面采用基于1553B總線的系統(tǒng)級(jí)冗余技術(shù)，箭上核心控制設(shè)備均采用三取二冗余設(shè)計(jì)，成功解決了控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)重構(gòu)分配策略、慣組系統(tǒng)級(jí)冗余信息管理、速率陀螺與慣組角速度信息系統(tǒng)級(jí)故障診斷和重構(gòu)控制等冗余技術(shù)。采用先進(jìn)的攝動(dòng)+迭代+天基組合制導(dǎo)技術(shù)，助推和芯級(jí)兩類發(fā)動(dòng)機(jī)三通道聯(lián)合搖擺控制技術(shù)，大風(fēng)區(qū)實(shí)時(shí)卸載、主動(dòng)導(dǎo)引和預(yù)測(cè)關(guān)機(jī)復(fù)合控制，助推器多點(diǎn)支撐起飛主動(dòng)抗漂移控制方法，大推力助推器、芯級(jí)制導(dǎo)關(guān)機(jī)和落點(diǎn)安全控制技術(shù)，飛行控制與推進(jìn)劑利用集成的數(shù)字化動(dòng)態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)，遠(yuǎn)距離測(cè)試發(fā)控方案，提供了完整的新一代運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)解決方案，使長(zhǎng)征五號(hào)控制系統(tǒng)的技術(shù)水平、可靠性處于國(guó)際先進(jìn)行列，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代。

2.10 采用高壓煤油和氫氣為能源的高可靠伺服技術(shù)

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭助推器伺服系統(tǒng)為中國(guó)首次采用高壓煤油直接引流驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，功率大、負(fù)載特性復(fù)雜。研制中攻克了冗余設(shè)計(jì)及管理技術(shù)、恒壓恒流控制技術(shù)、三冗余大流量伺服閥技術(shù)、煤油密封技術(shù)、動(dòng)特性優(yōu)化技術(shù)、液壓鎖定設(shè)計(jì)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。其中恒壓、恒流控制技術(shù)設(shè)計(jì)了多種高可靠閥門(mén)，攻克壓力波動(dòng)、諧振、流量不穩(wěn)等技術(shù)難題；動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化解決了低剛度、大慣量負(fù)載的動(dòng)特性控制問(wèn)題；液壓鎖定技術(shù)通過(guò)研制多種零泄漏組件實(shí)現(xiàn)了偏心負(fù)載的任意位置可靠鎖定。

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭芯級(jí)伺服系統(tǒng)首次采用以超高速氫氣渦輪為動(dòng)力、集成高效毛細(xì)管氫/液冷卻器的伺服動(dòng)力新方案和基于數(shù)據(jù)總線/數(shù)字信號(hào)處理器的三余度數(shù)控伺服方案，解決了高壓氫氣引流利用和轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)時(shí)工作大功率液壓動(dòng)力等技術(shù)難題，其中氫氣渦輪泵累計(jì)完成約70 000 s氫吹試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了大型運(yùn)載火箭液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)的高動(dòng)態(tài)、高可靠伺服控制。

2.11 10 Mbit/s高碼速率遙測(cè)數(shù)據(jù)綜合與傳輸技術(shù)

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭全箭遙測(cè)參數(shù)總數(shù)2 200個(gè)（其中速變參數(shù)約500個(gè)），總線數(shù)據(jù)2 400個(gè)，總計(jì)達(dá)4 600個(gè)，與現(xiàn)役火箭相比，遙測(cè)參數(shù)數(shù)量和容量有較大程度增加。在中國(guó)首次采用“10M+5M”雙點(diǎn)頻遙測(cè)傳輸方案和10 Mbit/s高碼率遙測(cè)傳輸與數(shù)據(jù)綜合方案。通過(guò)技術(shù)攻關(guān)實(shí)現(xiàn)了高碼率下基帶信號(hào)傳輸?shù)耐暾耘c可靠性，高碼率下基帶數(shù)據(jù)綜合與時(shí)序調(diào)度，確定10 Mbit/s碼遙測(cè)的幀同步碼組，解決高碼率下天地通信模式。遙測(cè)單點(diǎn)頻碼速率達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

2.12 大型活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)技術(shù)

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)是復(fù)雜的機(jī)、電、液、氣一體化的大型產(chǎn)品，是中國(guó)規(guī)模最大的發(fā)射平臺(tái)?；顒?dòng)發(fā)射平臺(tái)首次集成了地面發(fā)射支持系統(tǒng)氣液連接器、供氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氫燃燒系統(tǒng)、地面瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)。通過(guò)開(kāi)展結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、燃?xì)饬鲌?chǎng)排導(dǎo)、噴水降溫等仿真計(jì)算、擺桿結(jié)構(gòu)靜載及加載擺動(dòng)試驗(yàn)、平臺(tái)行走試驗(yàn)、臺(tái)體總裝及加載試驗(yàn)，驗(yàn)證了發(fā)射平臺(tái)總體設(shè)計(jì)的正確性；通過(guò)開(kāi)展DN100液氧加泄連接器低溫液氮密封試驗(yàn)，一級(jí)液氫加排連接器液氮、液氫密封試驗(yàn)、常溫和低溫對(duì)接鎖緊解鎖脫落試驗(yàn)，驗(yàn)證了低溫大口徑連接器密封設(shè)計(jì)和脫落設(shè)計(jì)方案的正確性。

發(fā)射平臺(tái)的研制攻克了臺(tái)體大載荷承載設(shè)計(jì)技術(shù)、高熱流燃?xì)馀艑?dǎo)設(shè)計(jì)技術(shù)、表面結(jié)構(gòu)防熱技術(shù)、大流量噴水降溫降噪防護(hù)技術(shù)、助推12點(diǎn)支撐垂直度調(diào)整技術(shù)、適應(yīng)“新三垂”發(fā)射模式的臍帶塔和擺桿設(shè)計(jì)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭垂直轉(zhuǎn)運(yùn)情況見(jiàn)封二圖5。

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭的成功研制，代表了中國(guó)運(yùn)載火箭研制領(lǐng)域經(jīng)60年發(fā)展的又一大跨越，運(yùn)載火箭總體構(gòu)型與優(yōu)化設(shè)計(jì)水平大幅提升，全面突破大直徑箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造技術(shù)、大推力液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)和液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)、大型低溫動(dòng)力系統(tǒng)循環(huán)預(yù)冷技術(shù)、高可靠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與大容量遙測(cè)數(shù)據(jù)綜合與傳輸技術(shù)、全新的測(cè)試發(fā)射模式和發(fā)射支持技術(shù)等。

3 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭的研制突破掌握了一大批具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全新技術(shù)，推動(dòng)了中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)運(yùn)載火箭從3.35 m直徑向5 m直徑的跨越，為中國(guó)未來(lái)大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用空間資源、在深空探測(cè)中發(fā)出“更強(qiáng)中國(guó)音”提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭的研制也培養(yǎng)了一批技術(shù)人才，牽引了天津大運(yùn)載火箭基地和海南文昌發(fā)射場(chǎng)的建設(shè)，為后續(xù)重型運(yùn)載火箭的研制打下了良好基礎(chǔ)。

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭作為中國(guó)新一代大型運(yùn)載火箭，具有高可靠、低成本、無(wú)毒無(wú)污染、適應(yīng)性強(qiáng)、安全性好的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭將是中國(guó)未來(lái)航天發(fā)射任務(wù)的主力軍，在未來(lái)的探月工程三期、載人空間站工程空間站艙段發(fā)射、火星探測(cè)等重大專項(xiàng)工程任務(wù)中都將承擔(dān)重要角色。同時(shí)在未來(lái)大載荷地球同步轉(zhuǎn)移軌道、中高軌道等發(fā)射任務(wù)中也將擔(dān)當(dāng)主要角色，對(duì)于構(gòu)建中國(guó)未來(lái)空間運(yùn)輸體系、加快現(xiàn)役運(yùn)載火箭的更新?lián)Q代，都具有重要的意義，標(biāo)志著中國(guó)進(jìn)入太空空間的能力大幅提升，由航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

[1] 李東, 等. 我國(guó)新一代大型運(yùn)載火箭長(zhǎng)征-5首飛大捷[J]. 國(guó)際太空, 2016(11): 1-7.

The General Scheme and Key Technologies of CZ-5 Launch Vehicle

Li Dong1, Wang Jue1, He Wei2, Li Ping-qi2, Mou Yu2
(1. China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076; 2. Beijing Institute of Astronautical System Engineering, Beijing, 100076)

The CZ-5 launch vehicle, approved and started at 2006, is the new generation large launch vehicle of China. Its maiden flight is in November 3rd , 2016 and overall successful. The CZ-5 launch vehicle has been designed for 10 years. During this period, the design term has solved a lot of difficult technical problems and learns abundant experience in designing cryogenic launch vehicle. The design ability and foundation of the term has also upgraded. The CZ-5 increases the capability of Chinese launch vehicles. The successful maiden flight of CZ-5 makes China become the country that has the large cryogenic launch vehicle.

Launch Vehicle; CZ-5; Launch capability

V421

A

1004-7182(2017)03-0001-05

10.7654/j.issn.1004-7182.20170301

2017-05-05；

2017-05-08

李 東（1967-），男，研究員，現(xiàn)任長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)載火箭總體設(shè)計(jì)