「胖五」又要上天！威武雄壯的它為啥是捆綁的？

知識 06-29

本月初，全球航天探索大會（GLEX 2017）在北京召開，大會透露了一個振奮人心的消息：第二發「長征五號」運載火箭將於7月2日搭載「實踐十八號」衛星上天，第三發則將於11月30日護送「嫦娥五號」前往月球！

「胖五」出差去（網路圖）

自去年小試牛刀以來，「胖五」一直備受矚目，如今終於又有大動作，很多網友都相當興奮。雖然「胖五」在長征系列火箭中排行第17，但卻是家族中的套馬漢子，運載能力最威武雄壯。「胖五」能如此強悍，除得益於粗壯的體格（可容納更多推進劑）外，與它採用的捆綁技術也有很大關係。

「胖五」：我不是胖，是strong（網路圖）

雖說運載火箭脫胎於彈道導彈，不過和重視射擊精度、快速反應能力的導彈不同，運載火箭最關鍵的技能是運載能力和控制精度。然而，由於地球重力、空氣阻力及火箭自身的結構水平、發動機比沖限制，單級火箭很難達到第一宇宙速度，無法將衛星、飛船這些重量級乘客送入預定軌道。

怎麼辦？能力不夠，數量來湊。

科學家們將幾枚單級火箭像糖葫蘆一樣連成一串兒，讓它們通過接力將有效載荷送上天。簡單來說就是，最下面的第一級火箭先工作，完成任務後就被扔掉，隨即第二級開始工作，然後再被扔掉，以此類推，直至把「乘客」送到目的地。量變引起質變，這種靠數量疊加來提高運載能力的方式效果不錯，2級火箭的運送質量比是單級火箭的3.6倍，3級火箭則達到了單級火箭的8倍。

串聯結構的「長征三號甲」火箭（圖片來源：新華社）

不過，級數多了，火箭就會變得很長，不但貯存、運輸、發射成了問題，而且高空點火的可靠性、飛行中的穩定性也受到影響。因此，糖葫蘆式（串聯式）的火箭很少會超過4級。想要從近地走向深空，「糖葫蘆」的力量還是有些單薄。

既然縱向受到了限制，那就往橫向發展吧。於是，你會發現，隨著人類向深空邁進，火箭中的胖子多了。

人們把串聯的多級火箭作為芯級，在其周圍捆綁了一圈小火箭（通常稱為助推器）。這些助推器與芯級的第一級是並聯關係，在發射時可以是助推器先工作，然後芯級第一級再工作，也可以是二者同時工作。由於助推器不增加火箭的整體長度，並且工作一段時間就被拋棄，因而只被看作半級火箭，這就是為何我們會看到，「胖五」幾種構型的級數並不是整數，而是1.5級、2.5級和3.5級。

「胖五」的結構（圖片來源：深空網）

胖子的優勢十分明顯。捆綁了助推器後，火箭的運載能力可以比之前提高2~4倍。而且，通過不同的芯級與助推器組合，還可以獲得多種運載能力的火箭，我們的「胖五」就有6種構型。此外，由於芯級大多採用成熟的多級火箭，因而在研製時，大部分的結構參數都是現成的，這無疑大大縮短了研製周期和成本，我國曾經僅用18個月就奇蹟般地完成了第一款捆綁火箭「長二捆」的設計、製造與發射。