中国新型大推力运载火箭长征5号进入试样阶段

　　长征5号火箭模型图

　　新闻背景

　　近日，我国新一代大推力运载火箭长征5号火箭顺利通过了中国航天科技集团公司的转阶段评审，从初样研制阶段转入试样阶段。在试样阶段，该火箭将完成芯一级动力系统试车、全箭模态试验、全箭合练等标志性试验，以确保火箭首飞成功。

　　美俄欧日

　　都有火箭“大力士”

　　从全球航天活动的总体发展来看,为了满足日益增长的太空开发需求,人造地球卫星、飞船和空间站、空间探测器等航天器的体积和重量越来越大,因而要求发射这些航天器的运载火箭向大推力、高可靠、低成本和少污染等方向发展，为此，世界各航天大国都在积极研制新型大推力运载火箭，并采取以下主要措施：

　　一是简化设计，如减少火箭级数（级数越少越可靠）和增加火箭的直径（可多装燃料以增加推力）等；

　　二是采用共用组件或技术，实现通用化、组合化和系列化；

　　三是使用无毒、无污染、大比冲（火箭发动机单位重量推进剂产生的推力，比冲越高代表效率越好）推进剂，目前，液氢/液氧或液氧/煤油是无毒、无污染、大比冲、低成本（1吨煤油的价格不到1万元，而常规推进剂——偏二甲肼不仅有毒、有污染，价格也是其数倍）的推进剂，但需要在低温下工作，所以技术比较复杂。

　　现在，近地轨道运载能力达20吨级的大推力运载火箭已成为航天器发射的主力,当前活跃在航天发射领域的著名大推力运载火箭有：美国的宇宙神5号、德尔他4号、猎鹰9号，欧洲的阿里安5号，俄罗斯的质子号，日本的H2号A运载火箭等。

　　美国洛马公司的宇宙神5号火箭为两级型火箭，比以前的火箭更皮实、更可靠，流水线式的制造过程降低了人为出错的机会。该火箭芯级直径3.81米，使用液氧/煤油发动机，有14种构型，近地轨道运载能力最大达25吨；发射准备时间少，只需提前12小时送上发射台即可。此外，这种火箭发射时不用庞大的发射塔，只需1座发射架，并可在大风条件下发射。

　　美国波音公司的德尔他4号火箭为两级型火箭，芯级直径5.08米，使用液氢/液氧发动机。该系列火箭可根据需要加配不同尺寸的整流罩和数量不一的助推器，有5种构型。这些火箭不仅能发射1～23吨的近地轨道有效载荷，还可发射4～10.9吨的地球同步转移轨道有效载荷。

　　猎鹰9号火箭由私营公司自己投资研制的，为两级型火箭，使用液氧/煤油发动机，有3种构型，近地轨道运载能力为9.9～32吨, 地球同步转移轨道运载能力4.9～19.5吨。其第1级安装了9台火箭发动机，所以在起飞时，若有1台或2台发动机发生故障，猎鹰9号火箭的发射不受影响。由于该火箭成本低于其它火箭，所以目前供不应求。

　　欧洲阿里安5号为两级型火箭，芯级直径5.4米，使用液氢/液氧发动机，有4种构型，近地轨道运载能力最大达21吨，在全球卫星发射市场名气较大。

　　俄罗斯质子号火箭是苏联时代研制的老火箭，有两级型、三级型、四级型, 其中用于商业发射的质子-M为三级型，芯级直径4.1米，使用有毒和污染的偏二甲肼/四氧化二氮常规推进剂，近地轨道运载能力最大达21吨。由于总价便宜，所以质子-M火箭在卫星发射市场的竞争能力较强，但近年多次发射失败。

　　日本H2号A及增强型火箭为两级型火箭，芯级直径5.4米，使用液氢/液氧发动机，有5种构型，近地轨道运载能力最大达19.5吨。

　　“长征”5号将把我国空间站送上太空

　　虽然我国“长征”系列运载火箭已取得了举世瞩目的成就，但与上述国外新型大推力运载火箭相比存在明显差距，很难适应未来航天的发展需求。例如，我国目前使用的运载火箭近地轨道运载能力最大为9.5吨，只有国外新型大推力火箭的一半左右；由于“长征”火箭是在液体弹道导弹基础上进行适应性改进而形成的，通用化、系列化、组合化程度低，因此出现了型号多、通用性差的局面，同时限制了规模化、产业化的发展；我国火箭的第1、第2级和助推器现仍都使用有毒、有污染的推进剂，从而存在航区和人员安全及环境污染问题等等。

　　一个国家进入太空的能力在很大程度上决定了其空间活动能力以及空间应用水平。因此，为了赶上国外新型大推力运载火箭的先进水平，满足未来20-30年航天发展的需求，保持我国运载技术在世界航天领域的地位，2006年10月，我国立项研制长征5号火箭新一代大推力运载火箭。它具有新型大推力运载火箭的一系列特点：大直径、大推力、少级数、系列化、低成本、高可靠、易操作、无污染、适用广等。

　　长征5号的基本型为带助推器的两级火箭：芯一级采用2台推力各约50吨的氢氧发动机并联组成；助推器根据需要采用数台推力各约120吨的液氧煤油发动机；芯二级采用2台推力各约8吨的氢氧发动机并联组成。长征5号近地轨道(未来空间站、大型遥感卫星的运行轨道)运载能力覆盖1.5～25吨，地球同步转移轨道(大型通信卫星和空间探测器的运行轨道)运载能力覆盖1.5～14吨。

　　火箭的运载能力有多大，航天的舞台就有多大。长征5号系列运载火箭将大大提升我国进入空间的能力，并为我国航天提供多样化的发射服务活动。例如，长征5号火箭可执行探月三期月球转移轨道和深空探测等发射任务；长征5号B火箭将把20吨级空间站舱段发射到近地轨道；长征5号M火箭能把载人登月飞船送入近地轨道；采用长征5号＋上面级，可发射大型地球静止轨道卫星、“北斗”中圆轨道导航卫星等。

　　延伸阅读

　　未来火箭

　　呈现两大特点

　　从长远看，未来运载火箭将呈现新的面貌，有两大特点。

　　火箭运载器将可重复使用

　　因为目前的运载火箭都是一次性使用的，成本很高，所以美国、俄罗斯、欧洲、印度及日本等国家都正在加紧研制可重复使用运载器。其中美国太空探索技术公司正在实施“蚱蜢”计划，以测试可重复使用的垂直起落技术，而最终目的是实现火箭的回收再利用。

　　2012年12月17日，太空探索技术公司在德克萨斯州的火箭研发基地用32.3米高的“蚱蜢”试验用运载火箭进行了第3次测试。在整个测试过程中，火箭一共飞行了29秒，上升高度约为40米，随后采用闭环矢量推力和油门控制成功完成了盘旋和降落等动作。为了对比出火箭的实际大小，还让火箭携带了一个牛仔假人。

　　重型火箭研制再获青睐

　　因为美俄等国已把载人航天的目标都瞄准了月球、小行星和火星，为此要首先研制出发射大质量深空载人飞船的重型运载火箭。当年美苏竞争载人登月时苏联之所以败给美国，最重要的原因就是苏联N1重型火箭4次发射失败，而美国研制出近地轨道运载能力120多吨的土星5号重型火箭。

　　美国太空探索技术公司正研制近地轨道运载能力达53吨的“重型猎鹰”火箭，它拟于近年进行首次试射，该公司还将研制近地轨道运载能力达170吨的“超级载重火箭”。美国航空航天局正在研制的“航天发射系统”重型运载火箭采用航天飞机的发动机，初始近地轨道运载能力为70吨，改进后将达130吨。

　　《2011年中国的航天》白皮书指出，我国正开展载人登月前期方案论证，而研制重型火箭对于未来载人登月甚至载人登火星具有重要意义。由于载人登月飞船一般需在50吨以上，而且其奔月时的速度要求为10.9千米/秒，因此必须拥有重型运载火箭才行。重型运载火箭还可用于无人火星探测、载人登陆火星和建造空间太阳能电站等，前景广阔，应尽早研制。-　　杭添仁