长征五号创多项“中国之最” 新技术比几乎100%

2016-11-04 08:33:00 环球时报 马俊 分享
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转场中的长征五号 孙 浩摄

  【环球网军事-航空11月4日报道 环球时报赴海南文昌特派记者 马俊】中国新型大推力运载火箭长征五号11月3日从海南文昌航天发射场发射,开始它的首次太空之旅。作为中国新一代运载火箭,长征五号到底创造了哪些中国纪录呢?

  中国“最高最壮”火箭一飞冲天

  长征五号是中国最高、体积最大的火箭。到底有多高呢?首先可以看看它的芯级直径。据介绍,我国现役火箭之前都通过铁路运输,受铁路隧道大小的限制,芯级直径最大为3.35米。而长征五号的研制基地选在了靠海很近的天津市,长征五号火箭可以通过海运运送到海南文昌发射场,所以长征五号的直径达到5米。长征五号的高度在长征家族中也是最高的,竖立起来的长征五号高度约57米,足足有20层楼高,绝对算得上家族里的巨人。长征五号不仅高而且还非常“壮”,起飞重量达到878吨,所以被人们昵称为“胖五”。

  凭借强大的新型发动机,长征五号也是中国运载能力最强的火箭,运载能力提高了2.5倍,达到近地轨道25吨级、地球同步转移轨道14吨级,使我国运载火箭的规模实现了从中型到大型的跨越。

  “冰箭”是如何造就的

  据航天科技集团六院副院长李斌介绍,长征五号全箭起飞时总推力达惊人的1060吨。此前中国火箭发动机单台推力最大只有70吨左右,远远不能满足需求。目前在长征五号上配备有三种全新大推力发动机,分别摘得我国“最大推力液氧煤油发动机”“最大推力氢氧发动机”和“比冲性能最高的火箭发动机”三个桂冠。它的四个助推器上安装有8台全新研制的120吨液氧煤油发动机,提供了起飞阶段的主动力。120吨液氧煤油发动机的威力到底有多大?专家形容说,120吨液氧煤油发动机产生的最高压强达500个大气压,相当于把上海黄浦江的水打到5000米高度的青藏高原。

  长征五号按照“通用化、系列化、组合化”设计思路,通过与不同的助推器模块分别组合搭档,形成一个完整系列的6种构型。这种模块化组合设计,不仅使长征五号能够满足不同用户的多种需求,而且因为运载能力强,可实现一箭多星,降低了单位质量的入轨成本。有了这些“硬本领”,长征五号火箭不仅综合性能指标达到国际先进水平,而且大幅提升了我国自主进入太空的能力。它为我国未来发展更大的运载器,包括载人登月用大型货运火箭及大型载人火箭奠定了坚实的技术基础。

  提及长征五号改写中国纪录的运载能力,就必然要说到它使用的动力系统。据介绍,液氢是火箭化学推进剂中能量最高的燃料,氢和氧燃烧所能获得的高空比冲最高能够达到465秒,比现有常规燃料发动机性能提高约50%,是当前已知推进效率最高的化学推进剂火箭发动机。氢氧推进剂的高能效、产生推力所需燃料少的特性,使火箭运载的推进剂重量大幅减少,对于提高火箭的运载能力具有至关重要的作用。

  相对于国内现役长征系列火箭,长征七号、长征五号运载火箭全面大量使用液氧煤油、液氢液氧低温推进剂组合,成为名副其实的低温火箭。其中长征五号运载火箭更是因为采用无毒无污染的零下183℃的液氧和零下253℃的液氢作为推进剂,因此它有个形象的称谓:“冰箭”。这些超低温的液态推进剂直到发射之前,才分别注入长征五号巨大的箭体贮箱之中。航天科技集团一院15所长征五号型号副总师贺建华透露:“长征五号的低温加注系统为‘亚洲之最’,因为它是目前亚洲低温火箭中直径最大、发动机数量最多的火箭,为其配套的‘低温加注系统’具有规模最大、技术最先进、流程最复杂的特点。”

  “数字化火箭”保证首发成功

  国际上研制新型火箭时,采用新技术的比例一般不超过30%。而作为一枚全新研制的火箭,长征五号采用了247项核心关键新技术,新技术比例几乎达到100%,核心技术都具有完全自主知识产权。就连长征五号的外形都重新设计过。尤其是整流罩采用了特别设计的冯卡门曲线外形,四个助推器头部都采用了斜头锥造型,目的是为减少空气阻力,让火箭获得更大运载能力。

  火箭研制是一个高风险事业,长征五号运载火箭不仅块头大,而且技术新,这意味着它比以往任何一个型号长征火箭都要复杂,如何才能保证它的首次发射成功呢?据《环球时报》记者了解,以往长征火箭使用零部件最多几万个,而长征五号使用零部件达十几万个。它的设计量是以往火箭的3.5倍以上。为此,长征五号在型号研制中全面推进先进的数字化设计手段,引进三维数字化设计工具,构建了我国运载火箭研制历史上第一个全三维数字火箭,细到每一个螺钉的大小和位置都能一目了然,开创了火箭型号数字化研制的先河。正是凭借这些新技术,长征五号虽然采用全新技术,研制复杂程度超过以往任何一个型号的长征系列火箭,但它的设计可靠性却是最高的。长征五号的核心控制仪器普遍采用了三取二的冗余技术,通俗地讲就是有三个同样的仪器互为备份。据介绍,中国现役火箭设计可靠性最高的是0.97,而长征五号设计可靠性达到了0.98。

  先进脉冲雷达“目送”长五入轨

  为了保证大火箭成功首飞,中国还动用了很多先进的装备和技术对长征五号的首飞保驾护航。据《环球时报》记者了解,中国航天科工集团三院306所研制的高性能纳米气凝胶隔热毡产品,为火箭燃气管路系统提供了有效的隔热保温手段,为本次发射提供了有力保障。专家称,长征五号火箭使用的发动机是目前我国最新一代的大推力液体发动机,能够为火箭提供强大的推力。该发动机的燃气管路具有工作温度高、空间狭小、结构复杂等特点,其在工作中产生的大量余热如果不加控制,将导致管路周边的电子器件发生故障,造成不可逆转的损坏。高性能纳米气凝胶隔热毡产品,能够将多余的热能有效限制在管路内,从而保证发动机正常运转。

  据相关专家向《环球时报》记者介绍,中国航天科工集团二院23所研制的两部固定式脉冲测量雷达,负责在火箭发射上升段首段和末段进行测量。脉冲雷达相比一般雷达的测量精度更高,这次采用的两部雷达能对目标进行数百秒跟踪测量,为发射场指控中心提供火箭的精确坐标实时信息,从火箭离开塔架,到进入轨道、助推器分离、一二级分离、抛整流罩等,火箭飞行中各个关键点,都要靠脉冲雷达来观测,特别是起飞初段还要提供重要的安全控制数据支持,这两部雷达就像孙悟空的那双“火眼金睛”,火箭飞到哪里,雷达就像“眼睛”一样“看”到哪里,飞得怎么样,一看就知道。可以说长五是在这两部脉冲雷达的一路“深情注视”下进入轨道的。

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责编:周扬
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