“胖五”復(fù)飛，全村的希望！

12月27日20時(shí)45分，長(zhǎng)征五號(hào)遙三運(yùn)載火箭在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，2000多秒后將實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，發(fā)射飛行試驗(yàn)取得圓滿成功。

圖源: 我們的太空 史悅 呂炳宏

2019年是中國(guó)航天的“超級(jí)大年”，實(shí)現(xiàn)了一系列舉世矚目的成就：嫦娥四號(hào)和玉兔二號(hào)實(shí)現(xiàn)人類探測(cè)器首次著陸月球背面；玉兔二號(hào)成為人類史上工作時(shí)間最長(zhǎng)月球車；長(zhǎng)征十一號(hào)火箭實(shí)現(xiàn)中國(guó)首次海上平臺(tái)發(fā)射；北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成最核心的中圓軌道和同步傾斜軌道衛(wèi)星部署；兩枚快舟1A火箭實(shí)現(xiàn)同一發(fā)射場(chǎng)間隔6小時(shí)快速發(fā)射；三款商業(yè)火箭（捷龍，雙曲線一號(hào)，零壹OS-1）首飛；年度火箭發(fā)射34次（美國(guó)27次），繼2018年后再次成為世界第一，等等。

在這些輝煌之外，還有一個(gè)“全村人的希望”，那就是大家期待已久的長(zhǎng)征五號(hào)的成功復(fù)飛。

為什么需要長(zhǎng)征五號(hào)火箭

長(zhǎng)征系列火箭是我國(guó)航天技術(shù)發(fā)展的絕對(duì)主力支撐，承擔(dān)了我國(guó)96.4%的發(fā)射任務(wù)，發(fā)射航天器總質(zhì)量占中國(guó)發(fā)射總質(zhì)量的99.2%[1]，重要性不言而喻。

長(zhǎng)征火箭家族部分主要成員 （圖片來(lái)源：GW_Simulations）

在2015年之前，長(zhǎng)征系列火箭的主力是長(zhǎng)征二號(hào)（2C/2D/2F）、長(zhǎng)征三號(hào)（3A/3B/3C）和長(zhǎng)征四號(hào)（4B/4C）的多個(gè)型號(hào)?？墒请S著中國(guó)航天的快速發(fā)展，這些火箭開(kāi)始逐漸“力不從心”，其中最重要的問(wèn)題就是運(yùn)力不足。

例如，在長(zhǎng)征五號(hào)之前，我們近地軌道的最大運(yùn)力是長(zhǎng)征二號(hào)F載人航天專用火箭的8.6噸，高軌的地球同步轉(zhuǎn)移軌道的最大運(yùn)力是長(zhǎng)征三號(hào)B/E的5.5噸[2]，更遠(yuǎn)的地月轉(zhuǎn)移軌道的最大運(yùn)力也是長(zhǎng)征三號(hào)B/E運(yùn)送嫦娥三/四號(hào)任務(wù)時(shí)的3.8噸級(jí)別[3]。

這意味著，更重、更大、更復(fù)雜的航天發(fā)射任務(wù)根本沒(méi)法由這些火箭完成。例如，我國(guó)規(guī)劃中的天宮空間站幾個(gè)核心艙段每個(gè)重量將在20噸級(jí)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了長(zhǎng)征二號(hào)F火箭的運(yùn)力；我國(guó)全新超大型衛(wèi)星平臺(tái)東方紅五號(hào)總重量最多可以達(dá)到9噸級(jí)[5]，且它需要被送到距離地面36000千米的軌道，這大幅超過(guò)了長(zhǎng)征三號(hào)B/E火箭的能力；我國(guó)嫦娥工程下一步采樣返回任務(wù)嫦娥五號(hào)重量也將遠(yuǎn)超嫦娥三/四號(hào)，更何況還有規(guī)劃中的火星探測(cè)等深空探測(cè)任務(wù)。

中國(guó)有句很經(jīng)典的俗語(yǔ)：“沒(méi)有金剛鉆，別攬瓷器活”。中國(guó)這些“重量級(jí)”航天任務(wù)，都亟需一枚通用化、系列化、組合化的大型運(yùn)載火箭。這，就是長(zhǎng)征五號(hào)的使命和定位。

長(zhǎng)征五號(hào)轉(zhuǎn)場(chǎng)中 （圖片來(lái)源：航天科技集團(tuán)）

長(zhǎng)征五號(hào)的近地軌道運(yùn)力達(dá)到25噸，同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)力達(dá)到14噸，地月轉(zhuǎn)移軌道達(dá)到8噸級(jí)，能執(zhí)行多種航天發(fā)射任務(wù)，能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此前的長(zhǎng)征火箭。

造出長(zhǎng)征五號(hào)火箭，有多難？

長(zhǎng)征五號(hào)這種級(jí)別的火箭研制在世界范圍內(nèi)都是個(gè)極大的挑戰(zhàn)，對(duì)中國(guó)而言，亦是如此。但作為中國(guó)航天史上具有劃時(shí)代意義重要性的火箭，中國(guó)航天人必須迎難而上，為此，需要實(shí)現(xiàn)一系列高難度重大創(chuàng)新。

1.新火箭推進(jìn)劑

傳統(tǒng)的長(zhǎng)征家族火箭，包括長(zhǎng)征二、三、四號(hào)火箭都使用四氧化二氮/偏二甲肼推進(jìn)劑組合，它們毒性大、發(fā)射準(zhǔn)備周期長(zhǎng)、價(jià)格昂貴、比沖偏低。比沖是衡量單位質(zhì)量推進(jìn)劑產(chǎn)生沖量的指標(biāo)，一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)數(shù)據(jù)越大意味著火箭推進(jìn)能力越強(qiáng)。相比較而言，液氧煤油、液氧液氫推進(jìn)劑更優(yōu)，也是世界主流大型火箭的選擇。

因而，長(zhǎng)征五號(hào)一大變化是它的核心推進(jìn)劑是由液氧煤油（助推器）和液氧液氫（核心芯一級(jí)、二級(jí)）組合使用。由于液氧液氫的穩(wěn)定儲(chǔ)存溫度極低，分別為零下183和零下253攝氏度，長(zhǎng)征五號(hào)也因而得名為“冰箭”。

2.新火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

更新了推進(jìn)劑，就意味著發(fā)動(dòng)機(jī)也要更新。而一枚火箭發(fā)動(dòng)機(jī)要同時(shí)做到推力大、爆發(fā)力強(qiáng)、材料耐熱也耐冷（從極低溫到數(shù)千攝氏度的燃燒溫度）、結(jié)構(gòu)強(qiáng)、控制精細(xì)、穩(wěn)定性強(qiáng)、質(zhì)量輕等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，談何容易？

這也是發(fā)動(dòng)機(jī)被叫做“火箭心臟”的原因，它的研發(fā)難度直接導(dǎo)致全世界能做出大型火箭的國(guó)家屈指可數(shù)。

展覽中的YF-100K發(fā)動(dòng)機(jī) （開(kāi)源圖片）

而為了長(zhǎng)征五號(hào)，需要同時(shí)研發(fā)出YF-77（液氧液氫推進(jìn)劑，用于核心級(jí)）、YF-100（液氧煤油推進(jìn)劑，用于助推器）和YF-75D（液氧液氫推進(jìn)劑，用于二級(jí)）三型發(fā)動(dòng)機(jī)，難度可想而知。