长征五号三十年腾飞纪实

11月3日，中国新一代运载火箭长征五号以最大推力在中国文昌航天发射场飞入太空，横扫太空。

宇航员经常说“太空飞行的舞台和火箭的运载能力一样大。”长征五号实现了中国液体运载火箭直径从3.35米到5米的飞跃。它可以将中国的空间进入能力提高2.5倍以上，并可以实现25吨的低地球轨道运载能力和14吨的地球同步转移轨道运载能力。未来，嫦娥五号将负责发射一系列重大空间项目，包括嫦娥五号的样品返回月球、载人空间站和第一次火星探测。

"这既是跨越式的，也是开创性的."中国工程院院士、运载火箭技术专家龙乐豪评论道。长征五号工程创新难度大、技术跨度大、复杂程度高，代表了我国运载火箭科技创新的最高水平。它填补了我国大推力无毒无污染液体火箭发动机的空白，使我国的空间运载能力处于世界先进行列。

30年来，太空飞行的第一年是“五年之久”。从长征五号的构想被提出到第一次飞行，它的发展覆盖了中国太空历史的一半。

系列设计:新一代长征火箭的基础

"在过去的30年里，我目睹了长征五号从零开始一路走来."龙乐豪说道。

1985年，时任第一航空航天科学技术研究院集团总设计部主任的龙乐豪思考了中国运载火箭的发展问题。他带领团队提出了新一代“大火箭”的想法，后来被命名为“长征五号”。

一年后，“大型运载火箭和天地穿梭系统”被纳入863计划，并于1988年开始演示。通过对新一代国外火箭的比较，结合自身需求，专家认为当时的长征系列火箭存在运载能力低、芯径小、偏二甲肼和四氧化二氮推进剂毒性大、价格高等问题。他们希望通过新型火箭来解决这些问题。

然而，当时中国的载人航天计划尚未获得批准。即使在项目被批准后，长征五号的运载能力对于载人航天计划来说也是相当“浪费”的。一位宇宙飞船专家问道，“你为什么有这么大的火箭？我们没有那种需求……”火箭专家无言以对。

对于长征五号将使用何种推进剂，人们有不同的看法。所谓新一代运载火箭的最大特点是推进剂是绿色环保的。常规推进剂显然不符合要求。然而，一些专家认为液态氢和液氧燃料不是很“现成”，会造成很多麻烦。液氧和煤油发动机的发展也需要克服许多困难。从长远来看，围绕长征五号的讨论一直持续到新世纪。

2002年，原国防科学技术工业委员会确定了新一代火箭“一个系列、两个发动机、三个模块”的总体发展思路和“通用化、系列化、组合化”的设计思路。2006年，长征五号的开发被国务院正式批准。

龙乐豪相信，长征五号将成为中国新一代长征系列运载火箭的基础型号。

方案中的“三个模块”是指使用液氧和氢燃料的5米直径模块、使用液氧和煤油燃料的3.35米直径模块和2.25米直径模块。“两种发动机”是指地面推力为50吨的“hydro-77”hydro-oxygen发动机和地面推力为120吨的“hydro -100”液氧煤油发动机。在这三个模块的基础上，第一步是组合制造直径为5米的芯级大型火箭长征五号，然后进一步组合制造直径为3.35米的芯级中型火箭长征七号和直径为2.25米的小型火箭长征六号。最终，将形成一个低地球轨道容量为1.5至25吨、地球同步转移轨道容量为1.5至14吨的“系列”。

“将来，长征五号的直径为5米的核心级也可以作为中国重型航空母舰长征九号的助推器，帮助它实现大约140吨的近地轨道运载能力。”龙乐豪说道。

权力第一:交学费实现飞跃

“从项目正式成立到第一次飞行，长征五号可谓‘十年磨一箭’。但它的核心——引擎——已经比计划提前了一步。”中国工程院院士、原国防科工委副主任栾恩杰说。

长征五号拥有一个强大而绿色的“中国核心”:50吨氢氧发动机、9吨膨胀机循环氢氧发动机和120吨液氧煤油发动机。第六航空航天科学技术研究院院长刘志让说，在20世纪90年代中期，该研究院开始研究新一代火箭发动机。

2000年，120吨液氧煤油发动机项目启动，其发展过程经历了许多波折。在2001年进行的四次测试中，有两次启动异常，另外两次烧毁了气体系统。连续的失败让研究团队感到沮丧，并给他们带来了巨大的压力。“液氧煤油推进剂是我们的第一次接触，补充燃烧循环方案是我们的第一次使用，而我们自己的启动方式是我们的第一次研究。有这么多新技术，怎么能不交学费呢？”中国工程院院士、液体火箭发动机专家张贵田鼓励大家。

2002年5月，整机试车圆满成功，首次获得了我国液体火箭发动机加力循环的起动特性参数。2006年7月，该发动机在600秒内首次成功测试，为长征五号的正式成立奠定了基础。其发展突破了80多项高压加力的关键技术，填补了我国加力循环发动机的技术空白，实现了从传统有毒推进剂开式循环液体推进技术向绿色无毒推进剂闭式循环液体推进技术的飞跃。

2001年12月，原国防科学技术工业委员会和财政部联合批准了“50吨液氢液氧发动机专项工程”项目。氢氧发动机是典型的低温发动机。工作前，应使用液态氢和液氧将各种发动机部件的温度预冷至零下180摄氏度至零下250摄氏度。同时，应确保发动机内液态氢和液氧的稳定运输。为此，科学家和技术人员先后解决了100多项关键技术，如低温发动机的启停顺序、超高速、高压、高效多级泵、大尺寸多孔板的发汗冷却、大口径超低温气动球阀等。

记者了解到，该发动机具有长期点火能力，可工作500秒。它可以用在火箭的核心级，也可以只用核心级火箭将有效载荷送入低地球轨道。

第一仗胜利:三大战役胜利

长征五号第一次飞行前夕，龙乐昊公开表达了内心的不安。"我们看上去满面笑容，但我们的心在翻腾."他说，“在恒星和箭的分离以及卫星进入轨道得到确认之前，心脏是不会从喉咙里掉出来的。”

动力系统已经初具规模，但长征五号火箭的整体发展仍然困难。“当时，中国的火箭技术储备和工业基础无法支撑长征五号的发展。不说别的，设计、制造和测试直径只有5米的箭是一个巨大的飞跃。”龙乐豪说道。

到目前为止，长征五号已经突破了大直径火箭体结构、大型低温束缚火箭耦合振动抑制等12大类247项新技术，并进行了1000多次地面试验，创造了中国最大的液体运载火箭发展规模。

虽然所有的技术突破已经完成，但龙乐豪最担心的是设备的可靠性。结果，他经历了一次惨痛的失败。

1996年2月15日，以龙乐豪为总设计师和总指挥的长征3B火箭在起飞22秒后，第一次飞行失败，坠入山中。"我的头发很白，这与那天晚上有很大关系。"他说。

第3和第2师失利的原因非常可悲——起飞前三秒钟，一根只有十分之几根细头发的金属线脱焊，导致相关设备故障和火箭姿态失控。“成功和失败在前线。即使失败的概率只有十分之几，也是百分之百的失败。”龙乐豪叹了口气。

为此，在“长征五号”的研制过程中，严格实施了质量控制管理，并采取了电气系统的三项冗余措施，即三个相同的设备相互备份。然而，这只能尽可能提高成功率，而且没有人能保证门票。龙乐豪说，以长征3B为例，它拥有近1000台仪器设备，10多万个电子元器件，电缆总长度足以环绕北京5。然而，长征五号的规模比这大得多。“有了这样一个庞大的系统，如果你不注意它，就有可能犯错误。”他说，“我们还没有发现任何隐患，但我们仍在努力思考。”

此外，航天科技集团第一研究院长征五号运载火箭副总设计师楼陆良表示，火箭飞行时，液氧、煤油、液氢和液氧两个发动机将同时工作。这在中国还是第一次，世界上也只有前苏联的能源运载火箭实现了。风险在于这两个引擎有不同的特性和“脾气”。当他们一起工作时，我们缺乏知识，无法在地面上模拟。这只能通过实际飞行来充分验证。”他说。

11月3日，长征五号第一次飞行成功的消息又回来了，人们的心松了一口气。栾恩杰将其总结为“三大战役的胜利”。“从20世纪90年代中期到现在，头十年是发动机运动，最后十年是火箭运动。同时，我们已经完成了海南发射场等配套设施的建设。”他说:“这三场主要战役构成了长征五号的第一次成功飞行。”

放眼深空:提供更大的空间舞台

1978年，美国总统卡特的安全顾问访问了中国。为了展示两国之间的友谊和展示他们的技术实力，他带来了一份不同寻常的礼物——1克月球土壤。"不久，中国将从月球上取回2000克月球土壤样本."龙乐豪充满期待。

记者了解到，中国计划在2017年发射嫦娥五号探测器，登陆月球并取样返回。长征五号将是这次任务的载体。

娄陆良表示，长征五号的整流罩直径为5.2米，可以一次将20多吨空间站组件送入太空。中国将发射长征五号乙空间站，并已计划五次发射。

2020年，中国还将发射长征五号火星探测器。还计划进行一些随后的地球同步轨道发射。

长征五号是中国运载火箭升级换代的里程碑，是中国从太空大国向太空强国迈进的重要标志。它为我国新一代运载火箭的系列化和发展奠定了坚实的基础，并将为后续的月球探测、载人航天、火星探测等重大国家项目提供有力保障。它投入使用后，必将为中国未来的空间活动提供广阔的空间。

(文昌，科技日报，11月3日)