3.新火箭上面級

長征五號定位為一種多用途系列火箭，在執(zhí)行高軌和深空探測任務(wù)時，還需要攜帶第三級、或者又可以叫做上面級，它類似太空擺渡車的效果。為長征五號配套的上面級是遠征二號。

在航天領(lǐng)域，一箭N星“撒土豆”并不稀奇，因為重量僅幾十克的皮衛(wèi)星也叫衛(wèi)星，但如果一次性發(fā)射多個大質(zhì)量衛(wèi)星進入不同軌道則非常復雜，對上面級的要求極高。例如，北斗建設(shè)過程中，就數(shù)次依靠遠征一號實現(xiàn)一箭雙星任務(wù)，節(jié)省發(fā)射次數(shù)。而遠征二號實現(xiàn)了中國航天上面級的新一個重大突破，首次的雙發(fā)動機設(shè)計也讓它擁有了極強的機動變軌能力，比遠征一號更強，能夠助力航天器進入更遠、更高、更復雜的軌道。

4.新殼體、新結(jié)構(gòu)、新模塊化組合

航天領(lǐng)域有個著名但又不失真的“笑話”——“馬屁股決定了運載火箭的運力”，大意是：當初的鐵軌設(shè)計參照了馬屁股并排時的寬度，鐵軌寬度決定了車廂設(shè)計寬度，車廂設(shè)計寬度決定了隧道設(shè)計寬度，隧道設(shè)計寬度決定了最大允許通過火箭箭體直徑，火箭尺寸自然決定了最后的火箭運力。

最終的結(jié)果是，此前主力長征火箭的最大殼體直徑一般為3.35米，再寬就無法運到三大發(fā)射中心（酒泉、太原和西昌）。

大國工匠：高鳳林，圖源：CCTV

而為了實現(xiàn)運力提升的需求，長征五號要求做到5米直徑的箭體，第一級外還捆綁了4個3.35米的助推器，總質(zhì)量飆升到了869噸級別，遠超長征三號B系列的426-459噸級別[2]，它成了名副其實的“胖五”，這意味著嶄新的殼體和整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。關(guān)于它的難度，推薦讀者們觀看著名紀錄片《大國工匠》，第一集就講述了為火箭發(fā)動機和大型殼體做焊接的大國工匠高鳳林工程師的故事。

此外，長征五號還實現(xiàn)了大型火箭的模塊化設(shè)計理念，火箭級數(shù)、是否攜帶上面級、助推器捆綁方案等都可以按照發(fā)射需求變化，從而衍生出一個適合多種任務(wù)的長五家族。

5.新配套發(fā)射場、火箭運輸船、生產(chǎn)基地

但顯然，長征五號已經(jīng)無法繼續(xù)使用傳統(tǒng)的三大火箭發(fā)射場，需要建設(shè)新的火箭發(fā)射場，這就是位于海南的文昌火箭發(fā)射基地。實際上，它還有另外兩個重大好處：周邊都是大洋，火箭殘骸不會造成任何損失；緯度更低，能更大程度借助地球自轉(zhuǎn)的力量，減少推進劑消耗、提升運力。

遠望21和22航天運輸船 （圖片來源：央廣網(wǎng)和中國軍網(wǎng)）

為了將長征五號從海路運往文昌，我國還先后服役了兩艘遠望21/22航天運輸船；為將組裝好的火箭轉(zhuǎn)場至發(fā)射架，還需要建造大型特種火箭運輸平臺；長征五號的生產(chǎn)與組裝都在天津的濱海新區(qū)完成（天津航天長征火箭制造有限公司），這里也將成為中國未來火箭生產(chǎn)體系的靈魂。

這些只是長五相關(guān)的一部分，但已然可以想象每一點背后都有無數(shù)科研人員常年攻克難關(guān)，也需要國家強大的人力物力資源、科研和工程技術(shù)實力作為后盾，缺一不可。

成功，從來不是那么容易

2016年11月3日，長征五號遙一火箭成功首飛，舉國歡騰，對于擁有如此多技術(shù)更新的大型火箭而言，著實不易。橫向比較，同等級別的美國德爾塔4-重型、俄羅斯質(zhì)子M、歐洲的阿里安5型火箭，都在試射期間出現(xiàn)過事故。

然而，2017年7月2日，長征五號遙二火箭發(fā)射任務(wù)在飛行至346秒時突發(fā)故障。根據(jù)分析仿真計算及地面試驗結(jié)果，故障原因為芯一級液氫液氧發(fā)動機一分機渦輪排氣裝置在復雜力熱環(huán)境下，局部結(jié)構(gòu)發(fā)生異常，發(fā)動機推力瞬時大幅下降，致使發(fā)射任務(wù)失利[4]。

事后，中國航天開啟了異常艱辛的“歸零”工作，復現(xiàn)故障。經(jīng)過反復排查，最終發(fā)現(xiàn)了這個原因。隨后，改進后的芯一級液氫液氧發(fā)動機完成多次地面熱試車考核，驗證了改進措施的有效性[4]，才有了今天的長征五號遙三任務(wù)。

成功從來不是那么隨隨便便，“胖五”的歸來之旅，已經(jīng)經(jīng)歷了900多天的痛苦煎熬。這副重擔，不僅壓在火箭研發(fā)團隊的肩上，更壓在全體中國航天人的肩上。

胖五歸來，中國航天新時代進程中

“胖五”成功歸來，意味著一系列對中國航天有著深遠意義的大型任務(wù)可以開始實施。

本次發(fā)射的實踐二十號任務(wù)，是我國首次應用的東方紅五號衛(wèi)星平臺。這個平臺是我國純自主設(shè)計研發(fā)的新一代大型桁架式衛(wèi)星平臺，全平臺最大功率最高可達30千瓦，最大質(zhì)量達到9噸。由于使用了等離子電推進技術(shù)，設(shè)計壽命可長達15年，大大提高了我國超大型衛(wèi)星研究水平，是我國未來20年內(nèi)的核心衛(wèi)星平臺之一，能使用在通信、遙感等多種衛(wèi)星應用領(lǐng)域[5]。實踐二十因而成為世界最重最強的高通量通信衛(wèi)星之一，太陽能帆板全部展開后超過40米寬，超過普通客機翼展，通信能力遠超中國此前任何一顆通信衛(wèi)星。

中國火星探測任務(wù)（圖片來源：國家航天局）

020年7月前后，人類迎來又一次探測火星窗口，中國首個獨立自主的火星探測任務(wù)即將出發(fā)，目標是在一次任務(wù)中完成火星“繞、落、巡”的壯舉，長征五號就是托舉它奔向火星的火箭。

隨后，我國將正式開始嫦娥探月工程“繞、落、回”三步走計劃的最后一步“回”，嫦娥五號將搭乘長征五號擇機發(fā)射，著陸月球并帶回月球土壤樣本，這也是阿波羅登月時代結(jié)束50年之際人類再次“觸碰”月球。

在11艘神舟飛船、1艘天舟飛船、2艘天宮空間實驗室任務(wù)結(jié)束后，我國載人航天事業(yè)也將迎來新高度，全面建設(shè)100噸級別的天宮空間站，實現(xiàn)多人在軌長時間駐留太空。在同樣的軌道也將有一個大型巡天望遠鏡伴飛，成為中國的“哈勃太空望遠鏡”。長征五號（B型）火箭將成為整體建設(shè)過程中最核心的運載器具。

中國航天的新時代已經(jīng)到來。今年是中華人民共和國成立70周年，中國航天也已經(jīng)走過63年。回頭看，它的每一幕依然激動人心。從東方紅一號到長征五號，中國航天輝煌成就的背后，不僅有偉大的23位“兩彈一星”元勛，更有一位又一位繼承、堅持、發(fā)揚著“兩彈一星”精神的平凡航天人。

向他們致敬??！

相關(guān)參考：

【1】航天科技集團：http://www.spacechina.com/n25/n148/n2020942/c2614681/content.html

【2】長城工業(yè)集團：http://cn.cgwic.com/Launchservice/LM3B.html

【3】人民網(wǎng)：http://scitech.people.com.cn/change-3/

【4】運載火箭技術(shù)研究院：http://www.calt.com/n482/n742/c11650/content.html

【5】空間技術(shù)研究院：http://www.cast.cn/Item/Show.asp?m=1&d=2883

出品：科普中國

制作：太空精釀

監(jiān)制：中國科學院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心