外國再不能指責中國航天：長五火箭不再劇毒污染環境

昨晚長征五號火箭發射成功，這是中國航天歷史上一次重要的跨越性進步；它意味著中國的主力火箭平台，終於跳出了當年東風5戰略導彈的技術體系，在應用技術水平、性能指標等各個方面都得到了極大的提升。

比如在推進劑的使用上，長征五號火箭主發動機採用的是液氧作為氧化劑，液氫和煤油作為燃料；而長征系列火箭在傳統上，則是採用四氧化二氮作為氧化劑，偏二甲肼作為燃料。液氧、液氫、煤油本身都不具備毒性污染、高腐蝕性問題；而四氧化二氮/偏二甲肼則均為高度、高污染的推進劑，特別是燃燒過程中會生成大量的氮氧化物污染空氣。

圖：長征2號發射時形成的含有大量氮氧化物的劇毒高污染煙霧

圖：偏二甲肼是無色液體。四氧化二氮在21.2度以下呈液態，純四氧化二氮是無色的，但是它很容易分解為紅棕色的二氧化氮；上圖就是經典的化學教學實驗，二氧化氮和四氧化二氮隨著溫度相互轉化。

那麼到底是為了什麼原因，中國早年不用液氧液氫和煤油？這個答案其實來自用途和技術能力兩個方面。對於液體火箭發動機設計來說，推進劑的成分選用上有兩個方面的性能是十分關鍵的。首先是可貯性，其次是是否具備自燃性能。

人類歷史上第一種液體火箭發動機，就是美國的戈達德設計，採用液氧/煤油推進劑組合在1926年首飛的。後來早期的液體戰略導彈上，液氧煤油設計也很常見。但是對於軍用武器來說，液氧存在一個非常麻煩的問題，那就是可貯存性太差了，不能在室溫下長期大量保存；對於導彈的部署和發射限制非常大。而液氫不僅存在同樣的問題，還比液氧要嚴重得多。

圖：東風5導彈

因此在後來，各國又針對導彈的應用需求開發了室溫下也能保存的推進劑組合。而中國之前的長征2系列火箭，實際上基本設計都是來自於早年的東風5戰略導彈，並沒有真正完成航天火箭和軍用導彈之間的分家；因此推進劑設計，也就沿用了高毒高污染，但是能夠常溫貯存的肼類設計。

而國內當年採用肼類燃料的另一個關鍵原因，在於四氧化二氮和偏二甲肼一旦相遇就會自動的猛烈燃燒起來。這意味著在發動機設計時，不需要設計專門的點火機構，能有效的降低設計製造難度、並提升武器的可靠性和維護性。而液氧/煤油、液氧/液氫這方面就要麻煩很多，點火可靠性設計是發動機總體設計中的重點和難點。

圖：從巨浪-1開始，中國戰略導彈開始走上固體燃料火箭發動機路線

而之前的長征2系列火箭，由於時代背景限制，它其實就是早年東風5導彈的民用衍生版；因此在推進劑等方面，都沿用了軍用性質的設計。實際上在和軍用導彈分家以後，民用火箭在設計上更為強調注重性能、經濟性、環保，同時允許長時間發射準備和對地面發射設施更高的依賴度；這對於火箭發動機類型、推進劑選用來說，就會帶來完全不同的結果。

比如從主流來說，軍用火箭發動機導彈最終主流設計還是選擇了反應快、維護簡單的固體燃料設計；而民用火箭則採用性能更好、但價格只有固體燃料1/7-1/30的液體燃料作為主流。而且進一步來說，液氧煤油、液氫，又是性能等方面比偏二甲肼好得多的選擇。

而國內在80-90年代，由於經濟等方面的問題，對於航天基礎科研的投入一直不高；因此新一代的民用火箭，在很長時間內都進展較為遲緩。而此次長征五號火箭的發射成功，意味著中國新型液氧/煤油和液氧/液氫發動機取得了成功；中國航天在火箭基本平台上的設計製造水平，已經開始步入一個全新的、高速發展的時代。

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