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中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?
2019-09-01           作者: 网络来源

长征五号研制简历:

1986年~1995年,在国家863计划支持下开展新一代运载火箭论证工作。

1995年~2000年,在原国防科工委和国家863计划支持下,开展新一代运载火箭方案论证以及液氧-煤油与氢-氧两种大推力火箭发动机关键技术研究。

1999年~2000年,完成新一代运载火箭技术发展途径和总体方案初步研究。

2000年~2001年,120吨级液氧煤油发动机和50吨级液氢液氧发动机立项研制。

2006年,国务院批准新一代运载火箭基本型长征五号立项研制;

2006年10月至2009年2月,方案阶段;

2009年3月至2013年6月,初样阶段;

2013年7月至2016年8月,试样阶段;

2015年9月至2016年1月,长征五号运载火箭在文昌航天发射场开展发射场合练任务;

2016年8月,长征五号遥一运载火箭完成出厂评审;

2016年9月1日,长征五号遥一运载火箭运抵海南。

2016年11月3日,长征五号发射成功。

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

 

2016年11月3日20时43分,我国最大推力新一代运载火箭长征五号从中国文昌航天发射场点火升空,约30分钟后,载荷组合体与火箭成功分离,进入预定轨道,长征五号运载火箭首次发射任务取得圆满成功。作为长征系列中第一个直径达到5米的大胖子,因此也被火箭研制者们亲切的称为“胖五”。它的发射成功实现了我国液体运载火箭从中型到大型的跨越,使我国进入空间的运载能力提升2.5倍以上。开启了我国航天大运时代的大幕。

与世界各大航天强国一样,我国的长征系列运载火箭也是在导弹技术的基础上发展起来的。时至今日,一共经历了四代的发展。第一代的长征火箭“长征”一号、长征二号都是根据战略武器的型号上改进而来的,具有明显的战略武器的特点。采用模拟控制系统,有毒推进剂,运载能力低下,是我国进入空间的探索研究,使我国具备了独立发射卫星的能力。

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

长征2号运载火箭

第二代的长征运载火箭是以原始状态的长征二号C火箭为基础进行改进而来的,具体型号有长征二号C系列,长征二号D、长征三号、长征二号E。这些火箭基础级采用有毒推进剂,一、二级结构与长征二号C火箭基本相同。第二代火箭仍然带有战略武器的痕迹,采用了数字控制系统,总体性能相比于上一代有了比较大的提升。

第三代运载火箭主要是为了完成载人航天任务,以及地球同步转移轨道或者质量比较大的太阳同步轨道有效载荷的发射任务。主要的型号有长征二号F、长征三号A系列,以及长征四号B、C系列。第三代火箭在第二代火箭的基础上,持续开展可靠性和技术改进,采用系统级溶于的数字控制系统,增加了第三子级,任务适应能力大大提高。

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

长征系列运载火箭

第四代火箭为全面提高中国运载火箭的整体水平和能力,根据“高可靠、低成本、无毒、无污染、适应性强、安全性好”的目标,坚持“通用化、组合化、系列化”的设计思想。长征五号火箭就是在这种背景下进行研制的。

相比于我国以往的各种运载火箭,长征五号有很多独特的特点:

一、无毒推进剂

我国以前的运载火箭普遍采用的推进剂是偏二甲肼 (UDMH) 和四氧化二氮 (N2O4)。这两种燃料起源于早期弹道导弹研制。因为其在常温常压下可以长期储存而被广泛应用,但两者都有很大的毒性。这不仅对推进剂的制备,运输,以及加注都有很大的风险性,而且对环境也会造成很大的污染。

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

长征2号

2011 年中国西昌卫星发射中心用长征 3 号乙运载火箭在一次发射任务中,一块火箭残骸落在贵州尚寨土家族乡蜂子坳组附近,冒出了滚滚黄烟,味道刺鼻。这正是因为残骸中有少量的残余推进剂与空气反应的结果。这直接对当地居民的安全造成了威胁。

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

 

​当然,这种情况不会再在长征五号上出现了,因为长征五号运载火箭采用了液氧-煤油推进剂和液氢-液氧推进剂,避免了有毒有害问题。并且,煤油是常见的工业燃料,来源广泛、价格低廉,亦可在常温常压下储存、运输。至于液氢、液氧则可以在临近发射场的区域制备,也不用进行远程运输。与此同时,液氧-煤油和液氧-液氢推进剂的比冲比偏二甲肼-四氧化二氮推进剂的比冲还要高的多,进而可以有效地提高了火箭推力性能。

二、新型发动机

长征 5 号运载火箭采用了两种新型发动机:液氧-煤油发动机和液氢-液氧发动机。其中液氧-煤油发动机用在了长征五号的助推器上,而其芯级,则用的是液氢-液氧发动机。

(1)液氧-煤油发动机

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

YF-100液氧-煤油发动机

长征 5 号运载火箭助推器采用的液氧-煤油发动机单台推力为120t。该型发动机是在2000 年开始立项研制的,2012年 5月28日研制成功,顺利通过验收。这种发动机每秒消耗 1kg 推进剂所产生的推力,要比以前的偏二甲肼-四氧化二氮推进剂高 15%~20%。这使得此款发动机成为了我国单管推力最大,技术最先进,应用前途最广泛的新型发动机。此外,该型发动机可重复使用,这样发动机在出厂时就可以直接进行点火检测,再也不用进行分组抽样了,不仅更加确保了安全性,而且也大大简化了工程时间。

(2)液氧-液氢发动机

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

长征5号不同构型火箭发动机

长征 5 号运载火箭的芯级采用新一代大推力氢氧火箭发动机。该型发动机的推力为50t,采用两台并联的模式运行,地面推力直达100t。这两型发动机的研制具有重要意义。使我国液体火箭发动机技术的整体水平上升一个大的台阶。为我国大型火箭的运载能力达到与国外阿里安5,宇宙神5,以及德尔塔4等火箭的先进水平提供了坚实的基础保障。

三、冰箭不冷

长征五号也被称为“冰箭”,这是因为其使用的推进剂都是低温燃料。液氢温度达到零下253摄氏度,液氧的温度达到183摄氏度。这么低的温度如果处理不好会严重影响火箭内部各个系统设备的正常工作。因此,火箭的燃料贮箱都要包裹上特制的隔温材料。

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

 

这种特质的隔温材料一共有三层,最里边的一层是胶粘剂,能够更好的适应贮箱金属的热胀冷缩。最外面一层是蘸胶玻璃纤维织物,可以很好的隔离外界的水汽,并且强度很高,可以很好的保护内部的材料不受破坏。中间一层则是填充的新型发泡材料,有很好的隔温作用,从而避免燃料贮箱的低温影响火箭内部的仪器,设备,电缆等正常工作。

四、数字化设计与总装

长征五号运载火箭是中国运载火箭研制历史中第一个采用了全数字化设计的火箭。在过去的研制中,技术人员需要在做出样机之后才能发现不同配件之间的误差,然后才能进行调整,然后反复这个过程,直到修正成功。这种工作方式不仅要耗费大量的人力物力,而且也大大拉长了研制的周期。

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

 

而长征五号利用数字化设计,可以通过仿真软件来进行模拟试验,并且还进行了数字化总装。这使得我国的研制与制造火箭工艺的升级,标志着我国继美国等航天强国之后,有一个掌握数字化设计与总装对接的国家。

五、海南发射场发射

我国以前的火箭发射都是在酒泉,太原,西昌三个发射场进行的。而长征五号的发射却是在我国新建的海南文昌发射场进行的。这是我国纬度最低,距离赤道最近的发射场。我们知道,距离赤道越近,发射卫星时就可以尽可能的利用地球的自转离心力,这样就可以减少火箭燃料的消耗。

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

长征5号

火箭在海南发射比在西昌发射场发射运载能力可以提高10%到15%。另外,由于发射场射向1000km范围内都是海洋,也不用担心火箭残骸会造成意外的事故。

结语:

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

运载能力对比

长征五号的成功研制使得我国的运载火箭的技术水平大幅度提升。为我国未来空间站的建设,以及大型卫星的等航天器的发射提供了必要的条件。同时,新材料,新技术,新工艺的采用也使得我国在运载火箭研制水平上升了一个很大的台阶。

中国重型运载火箭初尝试:长征五号有何与众不同?

 

不仅可以有力的提高我国航天发射的可靠性与性价比,而且能够为我国对外承揽发射业务提供良好的条件。为我国航天工业走向国际,进一步开拓国际航天发射的市场提供坚实的保障。同时,也为追平世界先进水平迈出了坚实的一步!

责任编辑: 蔚 蓝 文章来源: 网络来源
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