揭秘長征五號火箭研制過程 下半年將在文昌首飛

　　2016年4月24日，也就是明天，是第一個“中國航天日”。所以在今年設立這樣的紀念日，很大程度是因為今年是中國航天事業開創60周年。60年前，錢學森向中央提出了《建立中國國防航空工業的意見》，中國航天事業就從這一紙報告、一個夢想起步，到今天，已經灑下繁星滿天。把這些航天器送上太空的，靠的是我們的長征火箭。航天日前，我們的記者有幸進入了中國最先進的長征五號運載火箭的生產基地。一想到那么粗的火箭裝滿燃料、一飛沖天時發出的轟鳴，即使它此刻是安靜的，也能讓人熱血沸騰。

　　在位于天津的中國新一代運載火箭的總裝車間，已經完成全系統合練任務的長征五號試驗箭正橫臥在這里。航天科技集團一院長征五號火箭總設計師李東介紹：“這是我們國家正在研制的，起飛規模最大、技術跨度最大、運載能力最大的一枚大型運載火箭，它的能力和國外現在主流大型運載火箭是相當的。”

　　長征五號運載火箭大，首先體現在它的外形巨大，箭體直徑達5米，這是目前我國研制火箭中直徑最大的，而目前我國現役火箭箭體直徑最大的只有3.35米。

　　李東說：“不要小看這個箭體結構從3 .35米到5米的跨度，這是一個質的飛躍，不是一個簡簡單單的放大。從設計的能力、仿真的手段，加工制造一直到地面各種試驗，都是一個飛躍。比如說箭體結構制造，要加工制造5米的箭體結構，要從基礎的機械加工、貯箱的焊接、鉚接所有的工裝都是一個大的飛躍，都有很多技術難題克服，可以帶動相關產業的發展，有的甚至夠到了我們國家基礎工業的天花板。”

　　和以往的長征系列火箭相比，長征五號外形設計突出的改變就是，整流罩采用了特別設計的馮卡門曲線外形，4個助推器頭部都采用了斜頭錐造型，總設計師李東告訴記者，這些設計都是為了減少空氣阻力，讓火箭獲得更大的運載能力，研制這個斜頭錐造型就歷時六、七年。

　　長征五號運載火箭2006年國家正式批準立項研制，可謂十年磨一“箭”。航天人俗稱長征五號為“大火箭”。這個大家伙的運載能力到底有多大呢?總設計師李東告訴記者，長征五號火箭起飛質量約878噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉移軌道14噸的運載能力，比現役火箭的運載能力提升了2.5倍以上。如果“首飛”成功，長征五號將完成質的飛躍，大幅提升我國自主進入空間的能力，把中國火箭送入包括美國和俄羅斯在內的世界主流火箭陣營。中國未來的載人空間站、探月工程三期、以及火星探測，都將使用長征五號運載火箭。

　　總設計師李東告訴記者，和以往火箭相比，長征五號運載火箭是一枚全新研制的火箭，核心技術具有完全自主知識產權。全箭采用了247項核心關鍵新技術，新技術比例幾乎達到100%。而國際上研制新型火箭，包括衛星飛船，采用新技術的比例一般不超過30%。當時接到這個研制任務，李東感到壓力巨大。

　　火箭研制是一個高風險的事業。長征五號運載火箭不僅塊頭大，而且技術新，意味著它比以往任何一個型號的長征火箭都要復雜。以往長征火箭使用零部件最多幾萬個，而長征五號使用的零部件達十幾萬個。它的設計量是以往火箭的3.5倍以上。為了應對這個新挑戰，長征五號采用了全新的全數字化三維設計方法，細到每一個螺釘的大小和位置都能一目了然。

　　航天科技集團一院長征五號火箭總體主任設計師何巍介紹：“開展數字化設計工作最大的好處就是把所有的模型都建立成為三維的，這樣大幅縮短了我們工作量。舉個例子，傳統火箭要做一個裝配的話，必須得把所有的產品全都生產制造出來才能進行實體裝配，確認這些產品之間是否是合適的。但是對于長五來說有了三維模型設計以后，我就進行全數字化的三維裝配工作，這樣就可以節省掉一個實物裝配的工作量，大幅提高了我們的效果和效率。”

　　十年磨一“箭”。據不完全統計，十年中，有上萬航天人參與了長征五號的研制，進行的各類試驗也不下千次。而十年，僅僅是從國家正式批準立項算起，實際上，長征五號的前期論證和攻關早從30年前的國家863計劃就開始了。而被稱為火箭的心臟的大推力發動機早在15年前就已經立項開始研制了。

　　大火箭離不開大推力。長征五號火箭立起來有20層樓高，起飛質量約878噸，要托舉這么重的大家伙，需要大推力的發動機。我們現役火箭發動機單臺推力最大只有70噸左右，遠遠不夠。經過15年不懈攻關，8臺全新研制的120噸液氧煤油發動機被裝配在4個助推器上，4臺全新研制的氫氧發動機在一級和二級火箭上各裝配了兩臺。長征五號全箭起飛時總推力達1060噸，主要來自8臺液氧煤油發動機。120噸液氧煤油發動機的威力到底有多大?專家打了個形象的比喻，120噸液氧煤油發動機產生的最高壓強達500個大氣壓，相當于把上海黃浦江的水打到5000米高度的青藏高原。而當初國內外都不看好中國能夠研制成功120噸液氧煤油發動機。

　　面對全新的發動機，研制團隊開始了夜以繼日的科技攻關，幾十種新材料、一百多種新工藝一一被攻克。然而，發動機的啟動成為擺在研制團隊面前最大的難關。

　　航天科技集團六院副院長周利民表示：“啟動階段它是整個發動機處在不穩定的動態過程里，因為轉速從靜止狀態轉到幾萬轉，溫度要從常溫從低溫下要進入到高溫下，我們的控制時序都是以毫秒級來控制動作的，任何一個配合不好，沒達到預想的結果都可能導致失敗。”

　　讓研制團隊備受打擊的是，發動機樣機研制出來后試車的結果，成為所有人的惡夢。連著4次發動機試車，均遭失敗，兩次起動爆炸，兩次燃氣系統燒毀。

　　經過近半年緊張艱苦的攻關，研制團隊終于摸清了發動機試車失敗的根源和發生爆炸的不同機理，通過仿真優化，選定了最理想的啟動方案和程序，發動機終于試車成功。

　　制服了發動機這只攔路虎，2012年，研制團隊又遇到了一只更大的攔路虎。長征五號第一次做新研制的貯箱靜力試驗，就遭遇失敗。貯箱是火箭的關鍵設備，用來裝載火箭燃料推進劑。長征五號采用無毒無污染的零下183℃的液氧和零下252℃的液氫作為推進劑，因此，它還有個形象的稱謂，叫“冰箭”。這些超低溫的液態推進劑就分別貯藏在巨大的箭體貯箱之中，通過內部加壓輸送給發動機。

　　航天科技集團一院長征五號火箭副總設計師楊虎軍介紹，液氮液壓強度試驗的時候，貯箱的焊縫出現了一道裂縫，大概有300毫米，在實際飛行當中如果出現這個破裂的話，整個箱體的結構會失穩，這樣飛行就會失敗，后果嚴重。

　　推進劑貯箱直徑達5米，為了減輕重量，箱體最薄的地方只有幾毫米。研制這么大直徑的薄壁低溫貯箱，對于中國航天人也是第一次，而且采用的鋁合金材料也是全新的，這意味著以往小直徑低溫貯箱的研制經驗無法復制。研制團隊經過3年反復試驗攻關，終于搞清了焊縫出現裂紋的機理和原因。通過改善受力設計和焊接工藝的綜合辦法，終于攻克了這個難題。

　　2015年4月，改進后的長征五號所有的低溫推進劑貯箱都經過了壓力考核。

　　長征五號雖然采用全新技術，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。

　　為了達到0.98的高可靠性，長征五號的核心控制儀器普遍采用了三取二的冗余技術。所謂三冗余，通俗地講就是有三個同樣的儀器互為備份。

　　十年的研制，無數次的試驗失敗和攻關，迎來的是中國火箭技術的巨大跨越。長征五號的研制不僅標志著長征系列火箭的升級換代，而且帶動了整個研制平臺和產業鏈的更新，與之匹配的天津新一代運載火箭制造基地和海南發射場都是新建的。因為直徑太大，傳統的火車運輸已經無法完成，只能通過海運到達發射場。從去年9月開始，長征五號已經進行了130多天的發射場合練。所謂合練就是把整個火箭發射流程走一遍，除了不點火，其他都按照正式發射的要求進行。目前，長征五號運載火箭正在天津總裝車間按計劃進行總裝，準備迎接今年下半年的首飛大考。

　　長征五號總設計師李東表示：“今年的第一次發射，將是對這個火箭總體技術的合理性、可行性、系統之間的協調性、載荷環境的適應性，是一個全面最真實的考核。對我們來說就好像一個十年寒窗的學子要參加高考一樣。我們的目標是一定要確保100%的成功，這是我們工作的目標，也是國家對我們，也是我們自己對我們的要求。”

　　中國航天60年，按照中國的傳統，這是一個大日子，是新的甲子的開始。在這樣的時候，中國人都忘不了一件大事——告慰先人。同樣，今天，我們也必須提到這樣一些人：這是一座建在戈壁灘上的烈士陵園，里面埋著700多位中國航天事業的前輩。他們還有很多戰友，沒把墓碑建在這里，也把青春留在了戈壁。是他們，用生命，為中國航天事業鋪就了前進的路、架起了通天的梯，沒有他們的“長征”，就沒有今天的“長征五號”。他們“特別能吃苦、特別能戰斗、特別能攻關、特別能奉獻”，設立中國航天日是國家的“特殊需要”，這些“特別”應該就是對這種“特殊”最好的詮釋。（來源：焦點訪談）

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