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運yun載zai火huo箭jian的de能neng力li有you多duo大da,航hang天tian事shi業ye的de舞wu台tai就jiu有you多duo大da。今jin天tian,由you航hang天tian科ke技ji集ji團tuan第di一yi研yan究jiu院yuan抓zhua總zong研yan製zhi的de長chang征zheng五wu號hao遙yao三san運yun載zai火huo箭jian發fa射she成cheng功gong,為wei中zhong國guo航hang天tian未wei來lai探tan月yue、探火、空間站等多個重大任務打下基礎。
長五火箭是我國首枚大型運載火箭,運載能力位居世界前列。長五啥樣?能力幾何?讓我們來看幾組數據吧——
“5”米腰身,變化多端
長征五號係列火箭按照組合化、模塊化設計思路,2.25米助推器模塊、3.35米助推器模塊以及5米芯級模塊個性化組合就能組成不同構型,滿足不同的發射需求。目前有長征五號、長征五號B兩個構型,後續根據任務不同,還可以自由組合成多種構型。
基本構型的長征五號為兩級半液體火箭,由5米芯級捆綁4個3.35米助推器。芯一級直徑5米、芯二級直徑5米、助推器直徑3.35米,整流罩直徑5.2米、長約12.2米;全箭長約57米,是我國現役火箭中尺寸最大的。
“1.2”毫米“鎧甲”,薄如蛋殼
5米直徑大型箭體結構為我國運載火箭首次采用,是火箭實現運載能力重大跨越的基礎,設計、製造、試驗難度大。長五火箭起飛重量約870噸,其自身的結構重量卻隻占約10%。
火箭外殼的厚度甚至隻有幾毫米。火箭的外殼專業術語稱為“蒙皮”,主要材料為鋁合金,火箭殼體“蒙皮”的厚度都在1.2毫米至2毫米之間,長五火箭整流罩的蒙皮厚度隻有0.3毫米。在相同剛度下,火箭殼段的重量減少10%以上,可以為火箭減輕重量,裝更多的燃料,“舉”起更重的衛星。
“25噸”運力:遊刃太陽係
長征五號從增強進入空間的能力角度出發,瞄準中國航天發展的現實而迫切的需求,使我國運載火箭的運載能力提高了2倍多。
長征五號能將25噸級的航天器送到近地軌道、將14噸級的航天器送到地球同步轉移軌道、將8噸級的探測器送到地球-月球轉移軌道、將5噸級的探測器送到地球-火星轉移軌道。在搭配合適的上麵級後,長五火箭還能把探測器送到木星等太陽係內行星。
長征五號使我國運載火箭的規模實現從中型到大型的跨越,運載能力達到或超過國外主流大型火箭。為我國實施探月工程、探火工程、載人航天空間站工程等重大航天工程項目提供高性能運載工具。
“12”顆“心髒”同跳,勇猛剛強
發動機是火箭的“心髒”,長征五號采用了3型12台全新研製的大推力發動機,主發動機均采用無毒無汙染的推進技術,起飛重量約870噸,起飛推力超過1000噸。
4個助推器,每個配置2台地麵推力120噸的YF-100液氧煤油發動機。120噸液氧煤油發動機,推力大、比衝高,是我國目前推力最大的火箭發動機,已成為我國新一代運載火箭各個不同構型火箭共用的基礎動力裝置。
芯一級配置2台地麵推力50噸的YF-77氫氧發動機。50噸級氫氧發動機技術在國際同類發動機中處於先進水平。
芯二級配置真空推力8.83噸的YF-75D新型膨脹循環氫氧發動機。
這三型發動機在火箭發射過程中先後開機,各司其職,隻為合力把“乘客們”運送至更加遙遠的深空。
體溫“-253℃”,冷若冰霜
長五貯箱內推進劑(液氫、液氧和煤油)量占火箭總體重的90%多,液氫溫度是-253攝氏度左右、液氧溫度是-173攝氏度左右。
熱力學中定義的最低溫度是-273.15攝(she)氏(shi)度(du),這(zhe)個(ge)溫(wen)度(du)也(ye)叫(jiao)絕(jue)對(dui)零(ling)度(du),人(ren)類(lei)已(yi)知(zhi)的(de)低(di)溫(wen)極(ji)限(xian),在(zai)此(ci)溫(wen)度(du)下(xia),物(wu)體(ti)分(fen)子(zi)沒(mei)有(you)動(dong)能(neng)和(he)勢(shi)能(neng),絕(jue)對(dui)零(ling)度(du)是(shi)實(shi)際(ji)狀(zhuang)況(kuang)中(zhong)不(bu)可(ke)能(neng)達(da)到(dao)的(de)最(zui)低(di)溫(wen)度(du),自(zi)然(ran)界(jie)的(de)溫(wen)度(du)隻(zhi)能(neng)無(wu)限(xian)逼(bi)近(jin)絕(jue)對(dui)零(ling)度(du)。家(jia)用(yong)電(dian)冰(bing)箱(xiang)能(neng)達(da)到(dao)的(de)最(zui)低(di)溫(wen)度(du)是(shi)-20攝氏度左右,2010年科學家在南極測得的極端低溫為-93.2攝氏度。
長征五號火箭中液氫的溫度已經接近了絕對零度,但火箭外表麵溫度依然可以一直保持在0℃以上,隻因為火箭的貯箱外都穿著一層一共不到30毫米厚的“防寒服”,讓火箭內的儀器、設備、電纜等正常工作。
燃料在火箭發動機燃燒時的最高溫度超過3300攝氏度,如此巨大的溫差在瞬間切換,這種工況也是地球上絕無僅有的奇觀。
這種極限條件要求火箭發動機在焊接時,一個焊點的寬度僅0.16毫米,焊接時間誤差僅限0.1秒,焊槍多停留0.1秒就可能把管件燒穿或者焊漏。
閉關“908”天,王者歸來
科學探索的道路從來不是坦途,難免經曆挫折。
從長五遙二失利到遙三發射成功曆時908天,累計進行了40餘次15000餘秒關鍵技術試驗。908個日夜無數次跌倒後又重新爬起。
2017年7月2日,長征五號遙二運載火箭發射失利。2017年10月12日,基本確認了飛行失利的故障模式,2018年4月完成了全部歸零工作。
2018年11月30日,一台改進驗證的氫氧發動機在試車中發生故障。2019年3月29日,發動機試車故障的歸零工作及改進驗證全部完成。
2019年4月4日,一台用於後續任務的氫氧發動機在試驗後的數據分析中,發現了“異常振動頻率”。本著“不帶一絲疑慮上天”的原則,研製人員持續對發動機進行改進。2019年7月,研製人員完成了對發動機的結構改進。並在短時間內完成了十幾次大型地麵試驗,最終困擾長征五號兩年的發動機問題得到解決。
長五火箭從1986年論證工作開始到2016年首飛曆時30多年。長五火箭從2017年7月2日遙二失利到2019年12月27日遙三發射成功,曆時908天。
“7+7”工作法,反複雕琢
為確保發射任務萬無一失,長五遙三試驗隊開展了發射場“7+7”質量工作。
7個重點:交底充分透徹、操作規範精準、數據判讀精細、預案適用完備、流程精細規範、雙想深入全麵、舉一反三徹底。
7個再確認:技術狀態更改情況再確認、關鍵操作項目分階段再確認、技術狀態變化的測試覆蓋情況再確認、軟件質量再確認、極性正確性再確認、全箭“防水、防熱、防鬆”結果再確認、進入發射流程的地麵設備質量再確認。
“2萬+”次淬煉,寶劍出鞘
在研製中,型號團隊創造性地提出多項全新技術方案。當然,與之配套的產品也基本為全新產品,全箭新研結構部段26個,新研3型主發動機,電氣係統箭上新研單機數量達到1700餘台套,軟件190餘個。
長征五號火箭研製過程中,生產各類單機超過18000台,累計開展試驗約近1300項,總計超過20000餘次各種地麵試驗。
經過刻苦攻關,長征五號火箭突破了以12項重大關鍵技術為代表的247餘項關鍵技術。包括總體優化設計及環境預示技術,大直徑箭體結構設計、zhizaoyushiyanjishu,zhutuiqifadongjibaidongjiqianzhidianchuanlidaxingyetiyunzaihuojianzitaikongzhijishu,caiyongzongxianjishudexitongjirongyukongzhijishu,daxinghuodongfashepingtaisheji、試驗技術等。這些都是我國運載火箭研製史上首次遇到的重大的核心關鍵技術,在世界運載火箭中也屬高、難問題。

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