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長征五號 | |
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長征五號系列運載火箭(英文:Long March 5 Series Launch Vehicle ),又稱「大火箭」「胖五」 ,是中華人民共和國為了滿足進一步航天發展需要 ,並彌補中外差距而在2006年立項研製的一次性大型低溫液體捆綁式運載火箭 ,也是中國新一代運載火箭中芯級直徑為5米的火箭系列。[1]
長征五號系列由中國運載火箭技術研究院抓總研製 ,設計採用通用化、系列化、組合化思想 。系列由二級半構型的基本型長征五號運載火箭(CZ-5)、不加第二級的一級半構型長征五號乙運載火箭(CZ-5B)以及添加上面級的長征五號/遠征二號運載火箭(CZ-5/YZ-2)組成,地球同步轉移軌道和近地軌道運載能力將分別達到14噸級、25噸級 。中國未來天宮空間站、北斗導航系統的建設,探月三期工程及其它深空探測的實施都將使用該火箭系列。
長征五號於2016年11月3日在中國文昌航天發射場首飛成功,由此成為中國運載能力最大的火箭。長征五號乙則預計於2020年四月實現首飛。[2]
中文名:長征五號系列運載火箭
外文名:Long March 5 Series Launch Vehicle
別 稱:大火箭、胖五
類 別:大型運載火箭
所屬國家:中華人民共和國
研製單位:中國運載火箭技術研究院
目前狀態;CZ-5現役,CZ-5B研製中
首飛時間:2016年11月3日(CZ-5) [14]
LEO運載能力:25噸(CZ-5B)
GTO運載能力:14噸(CZ-5)
箭體長度:56.97米(CZ-5)
起飛質量:859-879噸(CZ-5)
起飛推力:10524千牛
生產基地:中國新一代運載火箭產業化基地
發射地點;中國文昌航天發射場101工位
發射情況:發射3次,成功2次,失敗1次
簡介
長征五號B運載火箭全長約53.7米,芯一級直徑5米,捆綁4個直徑3.35米助推器,整流罩長20.5米、直徑5.2米,起飛質量約849噸,近地軌道運載能力大於22噸。該火箭主要用於近地軌道大型航天器發射,承擔着我國載人空間站艙段等重大航天發射任務,是在長征五號運載火箭基礎上改進研製的新型運載火箭,採用無毒無污染的液氧、液氫和煤油作為推進劑。[3]
長征五號是中國現役起飛質量最大、芯級直徑最粗、運載能力最強的運載火箭,暱稱「胖五」,也是中國第一個從總體到分系統均採用最新技術的大型液體運載火箭,新技術比例達95%,近地軌道最大有效載荷25噸,同步轉移軌道最大有效載荷14噸。
長征五號於2006年10月正式立項。2016年11月3日,長征五號遙一首飛,但未能完全成功,點火發射多次推遲,最後藉助上面級的接力才將實踐十七號衛星送入預定軌道。[4]
2017年7月2日,長征五號遙二發射任務失利,其中一台芯一級液氫液氧發動機出現異常,搭載的實踐十八號衛星未能入軌。
經過兩年多的努力,長征五號遙三火箭已經整裝待發,未來中國的空間站、月球、火星、深空探測任務,都離不開它的身影。[5]
研製簡歷
1986年~1995年,在國家863計劃支持下開展新一代運載火箭論證工作。
1995年~2000年,在原國防科工委和國家863計劃支持下,開展新一代運載火箭方案論證以及液氧-煤油與氫-氧兩種大推力火箭發動機關鍵技術研究。
1999年~2000年,完成新一代運載火箭技術發展途徑和總體方案初步研究。
2000年~2001年,120噸級液氧煤油發動機和50噸級液氫液氧發動機立項研製。
2006年,國務院批准新一代運載火箭基本型長征五號立項研製;
2006年10月至2009年2月,方案階段;
2009年3月至2013年6月,初樣階段;
2013年7月至2016年8月,試樣階段;
2015年9月至2016年1月,長征五號運載火箭在文昌航天發射場開展發射場合練任務;
2016年8月,長征五號遙一運載火箭完成出廠評審;
2016年9月1日,長征五號遙一運載火箭運抵海南。
2016年11月3日,長征五號發射成功。[6]
技術特點
一、無毒推進劑
我國以前的運載火箭普遍採用的推進劑是偏二甲肼 (UDMH) 和四氧化二氮 (N2O4)。這兩種燃料起源於早期彈道導彈研製。因為其在常溫常壓下可以長期儲存而被廣泛應用,但兩者都有很大的毒性。這不僅對推進劑的製備,運輸,以及加注都有很大的風險性,而且對環境也會造成很大的污染。
2011年中國西昌衛星發射中心用長征 3 號乙運載火箭在一次發射任務中,一塊火箭殘骸落在貴州尚寨土家族鄉蜂子坳組附近,冒出了滾滾黃煙,味道刺鼻。這正是因為殘骸中有少量的殘餘推進劑與空氣反應的結果。這直接對當地居民的安全造成了威脅。
當然,這種情況不會再在長征五號上出現了,因為長征五號運載火箭採用了液氧-煤油推進劑和液氫-液氧推進劑,避免了有毒有害問題。並且,煤油是常見的工業燃料,來源廣泛、價格低廉,亦可在常溫常壓下儲存、運輸。至於液氫、液氧則可以在臨近發射場的區域製備,也不用進行遠程運輸。與此同時,液氧-煤油和液氧-液氫推進劑的比沖比偏二甲肼-四氧化二氮推進劑的比沖還要高的多,進而可以有效地提高了火箭推力性能。
二、新型發動機 長征 5 號運載火箭採用了兩種新型發動機:液氧-煤油發動機和液氫-液氧發動機。其中液氧-煤油發動機用在了長征五號的助推器上,而其芯級,則用的是液氫-液氧發動機。
1、液氧-煤油發動機 長征 5 號運載火箭助推器採用的液氧-煤油發動機單台推力為120t。該型發動機是在2000 年開始立項研製的,2012年 5月28日研製成功,順利通過驗收。這種發動機每秒消耗 1kg 推進劑所產生的推力,要比以前的偏二甲肼-四氧化二氮推進劑高 15%~20%。這使得此款發動機成為了我國單管推力最大,技術最先進,應用前途最廣泛的新型發動機。此外,該型發動機可重複使用,這樣發動機在出廠時就可以直接進行點火檢測,再也不用進行分組抽樣了,不僅更加確保了安全性,而且也大大簡化了工程時間。
2、液氧-液氫發動機 長征 5 號運載火箭的芯級採用新一代大推力氫氧火箭發動機。該型發動機的推力為50t,採用兩台並聯的模式運行,地面推力直達100t。這兩型發動機的研製具有重要意義。使我國液體火箭發動機技術的整體水平上升一個大的台階。為我國大型火箭的運載能力達到與國外阿里安5,宇宙神5,以及德爾塔4等火箭的先進水平提供了堅實的基礎保障。
三、冰箭不冷
長征五號也被稱為「冰箭」,這是因為其使用的推進劑都是低溫燃料。液氫溫度達到零下253攝氏度,液氧的溫度達到183攝氏度。這麼低的溫度如果處理不好會嚴重影響火箭內部各個系統設備的正常工作。因此,火箭的燃料貯箱都要包裹上特製的隔溫材料。
這種特質的隔溫材料一共有三層,最裡邊的一層是膠粘劑,能夠更好的適應貯箱金屬的熱脹冷縮。最外面一層是蘸膠玻璃纖維織物,可以很好的隔離外界的水汽,並且強度很高,可以很好的保護內部的材料不受破壞。中間一層則是填充的新型發泡材料,有很好的隔溫作用,從而避免燃料貯箱的低溫影響火箭內部的儀器,設備,電纜等正常工作。
四、數字化設計與總裝 長征五號運載火箭是中國運載火箭研製歷史中第一個採用了全數字化設計的火箭。在過去的研製中,技術人員需要在做出樣機之後才能發現不同配件之間的誤差,然後才能進行調整,然後反覆這個過程,直到修正成功。這種工作方式不僅要耗費大量的人力物力,而且也大大拉長了研製的周期。而長征五號利用數字化設計,可以通過仿真軟件來進行模擬試驗,並且還進行了數字化總裝。這使得我國的研製與製造火箭工藝的升級,標誌着我國繼美國等航天強國之後,有一個掌握數字化設計與總裝對接的國家。
五、海南發射場發射 我國以前的火箭發射都是在酒泉,太原,西昌三個發射場進行的。而長征五號的發射卻是在我國新建的海南文昌發射場進行的。這是我國緯度最低,距離赤道最近的發射場。我們知道,距離赤道越近,發射衛星時就可以儘可能的利用地球的自轉離心力,這樣就可以減少火箭燃料的消耗。火箭在海南發射比在西昌發射場發射運載能力可以提高10%到15%。另外,由於發射場射向1000km範圍內都是海洋,也不用擔心火箭殘骸會造成意外的事故。
長征五號的成功研製使得我國的運載火箭的技術水平大幅度提升。為我國未來空間站的建設,以及大型衛星的等航天器的發射提供了必要的條件。同時,新材料,新技術,新工藝的採用也使得我國在運載火箭研製水平上升了一個很大的台階。[7]
結構特點
先從數據上看:身長57米,芯極直徑5米,捆綁4個3.35米直徑助推器,起飛重量約為870噸,運載能力達到近地軌道25噸,地球同步軌道14噸,地月軌道8噸。
「胖五」以其5米的箭體直徑突破了傳統3.35米直徑的限制,成為我國箭體直徑最大的火箭。
從3.35米到5米,不只是簡單的數字變化。
「30年前啟動論證,20年前開始預研,10年前開始立項研製。」航天科技集團一院長征五號火箭總設計師李東說,我國火箭都是以3.35米直徑為基礎發展起來的,目前運載能力已用到極致,想向前發展,就需要直徑上的突破。1.65米的直徑改變意味着整個火箭製造工業體系都要變,包括材料、製作工藝、工裝、動力、加工、廠房等,也意味着國家工業基礎要跟得上。「技術跨度太大,新技術比例幾乎到達100%。」
因為「胖五」直徑太大,傳統的火車運輸已經無法完成,只能通過海運。與之匹配的沿海天津新一代運載火箭製造基地和中國文昌航天發射場都為此而新建。
研製「胖五」最早的目標是大運載能力。同樣長度的火箭,直徑越大可以裝載更多的飛行器。[8]
最新情況
1、執行探月工程三期嫦娥五號任務 「胖五」總指揮王珏曾介紹,嫦娥五號任務的探測器8噸多重,要進入地月轉移軌道,必須由具有大運載能力的「胖五」來完成。
總體設計部「胖五」總體設計師劉秉介紹,探月工程分為「繞」、「落」、「回」三步,「繞」和「落」的發射任務已完成。「回」的任務將由「胖五」執行。今年,「胖五」將會擇機發射「嫦娥五號」探測器,實現月面無人採樣返回,完成探月工程三步走的總體規劃目標。
2、「胖五」將執行首次火星探測任務 我國首次火星探測工程一直為世人矚目。今年,「胖五」將送火星探測器進入太空,實現火星環繞、着陸和巡視探測。探測器發射後,大約需要經過7個月左右時間的飛行抵達火星。
劉秉介紹,火星大約每隔一段時間就會有一次與地球的距離最近的機會。抓住這個時機,發射「胖五」,可以使用較小的代價將探測器送往火星。2020年就將有一次這樣的機會,為了能按時開展我國首次火星探測工程任務,「胖五」已經摩拳擦掌了。
3、「胖五」將執行中國載人空間站建設任務 我國的載人空間站建設也採取「三步走」戰略:發射載人飛船,建成初步配套的試驗性載人飛船工程,開展空間應用試驗;發射空間實驗室,解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題;建造空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。
據了解,從2003年到2016年,長征二號F火箭已經將10餘位航天員、天宮一號、天宮二號送入太空。這也標誌着「三步走」中的第一步和第二步圓滿完成。第三步任務比較艱巨,要將空間站發射進入太空,長征五號B火箭將承擔這一艱巨的任務。
據載人航天辦公室介紹,我國載人航天空間站預計在2022年左右建成,可支持3名航天員長期駐留,在軌運行10年,將向國際社會開放合作,提供全球共享的空間應用平台。
這麼多重量級的任務,這麼多舉世矚目的時刻,堪當眾任的「胖五」必將成為今年的「超級明星」,在每個耀眼時刻,為世人帶來一場場航天盛宴。[9]
相關視頻
1、直擊長征五號重載火箭發射瞬間
2、長征5號發射紀錄短片
參考來源
- ↑ 盤點:長征五號運載火箭有何與眾不同? ,搜狐網,2019-07-05
- ↑ 官宣!長征五號火箭歸來 搭載神秘衛星,鳳凰網,2019年12月26日
- ↑ 長征五號B運載火箭計劃本月在文昌首飛,發射新一代載人飛船試驗船,新浪網,2020-04-05
- ↑ 盤點:長征五號運載火箭有何與眾不同? ,搜狐網,2019-07-05
- ↑ 官宣!長征五號火箭歸來 搭載神秘衛星,鳳凰網,2019年12月26日
- ↑ 盤點:長征五號運載火箭有何與眾不同? ,搜狐網,2019-07-05
- ↑ 盤點:長征五號運載火箭有何與眾不同? ,搜狐網,2019-07-05
- ↑ 解碼長征五號大火箭,海南日報網,2016年11月04日
- ↑ 胖五」耀眼時刻來了 2020年將要幹這些大事,中國運載火箭技術研究院網,2020-01-17