長征5號：身壯力不虧

（作者：火亮，航天科普專家，本文來自科普中國頭條推送）

我國新一代運載火箭長征5號計劃於11月初擇機首飛。它是我國目前推力最大的運載火箭。其地球同步轉移軌道運載能力達13噸，近地軌道運載能力達25噸，這比我國現役火箭的運載能力提升了2.5倍以上，火箭整體性能和總體技術達到國際先進水平。

（垂直總裝中的長征5號火箭）

昵稱「胖五」

長征5號首次採用5米直徑箭體結構，首次使用無毒無污染的液氫/液氧與液氧/煤油發動機組合起飛方案，因而力大無比。此前，我國火箭芯級直徑都是3.35米。由於體格粗壯，所以長征5號的綽號叫「胖五」。其體格之所以粗壯是為了容納更多的推進劑，產生更大推力。這樣也可以減少火箭的級數，從而減少火箭的分離次數，提高火箭的可靠性。

該火箭的芯一級、二級發動機都採用液氫/液氧燃料，而助推器採用液氧/煤油燃料。這種同時採用兩種無毒無污染的低溫燃料發動機組合起飛方案在我國是首次。為什麼採用這種複雜的組合起飛方案，這是因為芯一級、芯二級工作時間長，所以適宜採用高比沖的液氫/液氧動力系統；助推器工作時間相對較短，因此適宜採用推力大、推進劑密度大的液氧/煤油動力系統，使發動機的密度比沖增加。採用這種方案，火箭規模最小，使用的發動機台數最少，從而可以有效提高運載能力與運載效率。

其芯級全部採用低溫推進劑，這在我國運載火箭的研製歷史上也是頭一次。由於液氫溫度為-253℃，液氧為-183℃，所以長征5號內部是遠遠低於冰點的超低溫，是名副其實的「冰箭」。由於其燃燒產生的是水，所以實現了無毒、無污染，這也標誌著我國在運載火箭的可靠性、安全性、適應性及環境友好性方面又上了一個新台階。

（長征5號垂直轉運）

「三化」是寶

長征5號系列火箭採用「一個系列、兩種發動機、三個模塊」的總體思路，貫徹了「通用化、組合化、系列化」的設計思想。

「兩種發動機」是指研製50噸液氫/液氧發動機和120噸液氧/煤油發動機；「三個模塊」是指裝有2 台50噸液氧/液氫發動機的5米直徑模塊、裝有2 台120 噸液氧/煤油發動機的3.35米直徑模塊、裝有1 台120噸液氧/煤油發動機的2.25米直徑模塊。採用模塊化的設計思想可以實現技術共用，提高可靠性，節省成本，縮短研製周期。

長征5號在執行地球同步轉移軌道發射任務時採用兩級半構型火箭直接入軌，在執行近地軌道發射任務時採用一級半構型火箭直接入軌。這不僅能大幅度提高運載能力，而且可以降低成本。其中所謂的半級是指捆綁的助推器。

在長征5號系列的6種構型中，推力最大的是以下兩種：

一種是帶4個助推器的兩級半構型,其芯一級、二級直徑均為5米。芯一級採用5米直徑模塊；芯二級採用2台9噸級推力液氫/液氧發動捆綁；芯一級還捆綁了4個3.35米直徑模塊。其地球同步轉移軌道運載能力為14噸。它主要執行地球同步轉移軌道航天器的發射任務，將在2017年發射嫦娥5號月球採樣返回器等。

另有一種是在上述方案的基礎上去掉第二級。其近地軌道運載能力為25噸。它主要執行近地軌道航天器的發射任務，將在2018年發射20噸級空間站艙段。

（長征5號和5號B）

動力十足

長征5號火箭上配有3種12台全新大推力發動機，它們均採用無毒無污染的推進技術，且分別是我國最大推力的液氧/煤油發動機、最大推力的液氫/液氧發動機和比沖性能最高的火箭發動機。

芯一級上的2台50噸液氫/液氧發動機在國際同類發動機中處於先進水平，使我國液體火箭推進技術的整體水平跨上一個大的台階。該發動機有以下特點：

一是運載效率高。它是火箭化學推進劑中能量最高的燃料，比沖最高能夠達到465秒，比現有常規燃料發動機性能提高約50%。

二是推力十分大。與現役上面級液氫/液氧發動機相比，50噸液氫/液氧發動機真空推力是其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，是我國目前運載火箭家族中「龍頭老大」。

三是綠色環保。其燃燒產物為潔凈度達99.99%的純凈水，具有綠色環保、零碳排放等優點，是世界上排放種類最少、最綠色環保的發動機，因此長征5號運載火箭也被成為「綠色火箭」。

芯二級上的2台9噸級液氫/液氧發動機是我國首個採用先進的閉式膨脹循環方式的氫氧發動機，也是我國目前比沖最高的火箭發動機，能大大提高發動機的自身可靠性，可以通過多次啟動，助推火箭進入地球轉移軌道。

4個助推器上的8台120噸液氧/煤油發動機是我國單台推力最大、技術最先進、應用前途最廣泛的新型動力裝置，填補了我國補燃循環發動機技術空白，使我國成為世界第二個掌握高壓補燃循環液氧煤油發動機技術的國家。

（長征5號火箭家族）

前景廣闊

按照系列化、組合化思想，長征5號系列運載火箭首次實現了6種構型同時開展總體設計，成功解決了6種構型同時優化與設計的難題。

長征5號火箭首次採用了5米直徑大型箭體結構。5米直徑大型箭體結構不僅僅是結構外形尺寸的簡單放大，而且是從結構形式、材料選擇、製造工藝、製造工裝、試驗驗證體系的徹底革新。通過長征5號火箭研製，不僅使我國掌握了5米直徑結構的設計、製造能力，也突破了千噸級靜力試驗技術等，同時大型結構製造也帶動了材料、機械加工、熱處理、焊接、檢測等裝備製造業的大發展。

2017年，我國將用長征5號發射嫦娥5號月球採樣返回器，2018年將開始陸續發射3個20噸級的空間站艙段，2020年將發射我國首個火星探測器。它也可用於發射不同地球軌道大型載荷及其它深空探測任務載荷，同時為我國未來載人登月用的重型火箭研製奠定了良好的基礎。

長征5號將實現我國火箭運載能力的大幅度跨越，為我國後續國家重大航天工程任務提供高可靠、低成本、無毒無污染、適應性強、安全性好、運載能力大的先進運載工具。

編輯：紀阿黎

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