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(shè)立這樣的紀(jì)念日，很大程度是因為今年是中國航天事業(yè)開創(chuàng)60周年。60年前，錢學(xué)森向中央提出了《建立中國國防航空工業(yè)的意見》，中國航天事業(yè)就從這一紙報告、一個夢想起步，到今天，已經(jīng)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(chǎn)基地。一想到那么粗的火箭裝滿燃料、一飛沖天時發(fā)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(jīng)完成全系統(tǒng)合練任務(wù)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(shè)計師李東介紹：“這是我們國家正在研制的，起飛規(guī)模最大、技術(shù)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(xiàn)在主流大型運載火箭是相當(dāng)?shù)摹！?/p>

　　長征五號運載火箭大，首先體現(xiàn)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(xiàn)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(jié)構(gòu)從3 .35米到5米的跨度，這是一個質(zhì)的飛躍，不是一個簡簡單單的放大。從設(shè)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(jié)構(gòu)制造，要加工制造5米的箭體結(jié)構(gòu)，要從基礎(chǔ)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(shù)難題克服，可以帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有的甚至夠到了我們國家基礎(chǔ)工業(yè)的天花板。”

　　和以往的長征系列火箭相比，長征五號外形設(shè)計突出的改變就是，整流罩采用了特別設(shè)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(shè)計師李東告訴記者，這些設(shè)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(zhǔn)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(shè)計師李東告訴記者，長征五號火箭起飛質(zhì)量約878噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸的運載能力，比現(xiàn)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(zhì)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(nèi)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(shè)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(shù)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。全箭采用了247項核心關(guān)鍵新技術(shù)，新技術(shù)比例幾乎達到100%。而國際上研制新型火箭，包括衛(wèi)星飛船，采用新技術(shù)的比例一般不超過30%。當(dāng)時接到這個研制任務(wù)，李東感到壓力巨大。

　　火箭研制是一個高風(fēng)險的事業(yè)。長征五號運載火箭不僅塊頭大，而且技術(shù)新，意味著它比以往任何一個型號的長征火箭都要復(fù)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(shè)計量是以往火箭的3.5倍以上。為了應(yīng)對這個新挑戰(zhàn)，長征五號采用了全新的全數(shù)字化三維設(shè)計方法，細到每一個螺釘?shù)拇笮『臀恢枚寄芤荒苛巳弧?/p>

　　航天科技集團一院長征五號火箭總體主任設(shè)計師何巍介紹：“開展數(shù)字化設(shè)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(tǒng)火箭要做一個裝配的話，必須得把所有的產(chǎn)品全都生產(chǎn)制造出來才能進行實體裝配，確認(rèn)這些產(chǎn)品之間是否是合適的。但是對于長五來說有了三維模型設(shè)計以后，我就進行全數(shù)字化的三維裝配工作，這樣就可以節(jié)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(jù)不完全統(tǒng)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(zhǔn)立項算起，實際上，長征五號的前期論證和攻關(guān)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(fā)動機早在15年前就已經(jīng)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(zhì)量約878噸，要托舉這么重的大家伙，需要大推力的發(fā)動機。我們現(xiàn)役火箭發(fā)動機單臺推力最大只有70噸左右，遠遠不夠。經(jīng)過15年不懈攻關(guān)，8臺全新研制的120噸液氧煤油發(fā)動機被裝配在4個助推器上，4臺全新研制的氫氧發(fā)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(fā)動機。120噸液氧煤油發(fā)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(fā)動機產(chǎn)生的最高壓強達500個大氣壓，相當(dāng)于把上海黃浦江的水打到5000米高度的青藏高原。而當(dāng)初國內(nèi)外都不看好中國能夠研制成功120噸液氧煤油發(fā)動機。

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

　　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(fā)動機處在不穩(wěn)定的動態(tài)過程里，因為轉(zhuǎn)速從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)到幾萬轉(zhuǎn)，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(yù)想的結(jié)果都可能導(dǎo)致失敗?！?/p>

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

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

　　制服了發(fā)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(guān)鍵設(shè)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(tài)推進劑就分別貯藏在巨大的箭體貯箱之中，通過內(nèi)部加壓輸送給發(fā)動機。

　　航天科技集團一院長征五號火箭副總設(shè)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(xiàn)了一道裂縫，大概有300毫米，在實際飛行當(dāng)中如果出現(xiàn)這個破裂的話，整個箱體的結(jié)構(gòu)會失穩(wěn)，這樣飛行就會失敗，后果嚴(yán)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(jīng)驗無法復(fù)制。研制團隊經(jīng)過3年反復(fù)試驗攻關(guān)，終于搞清了焊縫出現(xiàn)裂紋的機理和原因。通過改善受力設(shè)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(jīng)過了壓力考核。

　　長征五號雖然采用全新技術(shù)，研制復(fù)雜程度超過以往任何一個型號的長征系列火箭，但它的設(shè)計可靠性卻是最高的。我國現(xiàn)役火箭設(shè)計可靠性最高的是0.97，而長征五號設(shè)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(shù)。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(shù)次的試驗失敗和攻關(guān)，迎來的是中國火箭技術(shù)的巨大跨越。長征五號的研制不僅標(biāo)志著長征系列火箭的升級換代，而且?guī)恿苏麄€研制平臺和產(chǎn)業(yè)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(fā)射場都是新建的。因為直徑太大，傳統(tǒng)的火車運輸已經(jīng)無法完成，只能通過海運到達發(fā)射場。從去年9月開始，長征五號已經(jīng)進行了130多天的發(fā)射場合練。所謂合練就是把整個火箭發(fā)射流程走一遍，除了不點火，其他都按照正式發(fā)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(zhǔn)備迎接今年下半年的首飛大考。

　　長征五號總設(shè)計師李東表示：“今年的第一次發(fā)射，將是對這個火箭總體技術(shù)的合理性、可行性、系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性、載荷環(huán)境的適應(yīng)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(xué)子要參加高考一樣。我們的目標(biāo)是一定要確保100%的成功，這是我們工作的目標(biāo)，也是國家對我們，也是我們自己對我們的要求?！?/p>

　　中國航天60年，按照中國的傳統(tǒng)，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(yè)的前輩。他們還有很多戰(zhàn)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(yè)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(zhàn)斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻”，設(shè)立中國航天日是國家的“特殊需要”，這些“特別”應(yīng)該就是對這種“特殊”最好的詮釋。（來源：焦點訪談）

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