楊關

由于體型寬大，長征五號火箭被人們親切地稱呼為“胖五”。

2019年12月27日20時45分，伴隨著一陣震天撼岳的轟鳴聲，“胖五”再一次在文昌航天發(fā)射場開啟了它的飛行之旅，一團耀眼的火焰簇擁著大火箭“華麗轉身”，飛出天際。經過2220秒的太空旅行后，將實踐二十號衛(wèi)星送入預定軌道。

這是長征五號火箭的第三次發(fā)射，也是時隔兩年多后再次執(zhí)行發(fā)射任務。最終，任務宣布成功，這枚大火箭蟄伏兩年，終于揚眉吐氣，翱翔蒼穹。

大幅跨越的中國航天

長征五號是目前我國最大推力的大型運載火箭，可實現(xiàn)近地軌道運載能力提升至25噸級、地球同步轉移軌道提升至14噸級的大幅跨越，代表了我國目前運載火箭科技創(chuàng)新的最高水平。

長征五號的歷史最早可以追溯到1986年“大型運載火箭和天地往返運輸系統(tǒng)”被列為國家高技術研究發(fā)展計劃（即863計劃）的主題之一，但研制工作當時并未開始。

在隨后的90年代，長征三號乙等火箭的首飛，中國完善了火箭體系，但同時老舊的長征火箭也暴露出一系列問題。90年代后期各航天強國火箭升級，中國火箭技術逐漸“喪失了在世界航天界第二集團的優(yōu)勢地位”。由于數次發(fā)射失敗等火箭問題以及90年代末美國通過的“國際武器交易規(guī)則”，使中國喪失了大部分原有的世界商業(yè)發(fā)射市場份額，而中國載人航天工程未來空間站以及其他大質量衛(wèi)星的發(fā)射需求也超過了當時中國火箭的運載能力。為縮小與世界的差距、重獲市場份額、滿足未來航天需要，中國在2000年前后將新型火箭的論證工作提上日程。

2000年11月22日，在國務院新聞辦發(fā)表的《中國的航天》白皮書中提到，“提高現(xiàn)有長征系列運載火箭的性能和可靠性;開發(fā)新一代無毒、無污染、高性能和低成本的運載火箭，建成新一代運載火箭型譜化系列，增強參與國際商業(yè)發(fā)射服務的能力。”這段描述，在當時格外引人注目。這是中國政府發(fā)表的第一份有關航天發(fā)展的政府文告，它標志著中國新一代火箭的研制已經提上了議事日程。

作為新一代運載火箭中第一個立項研制的型號，長征五號運載火箭是真正的跨代研制項目，是我國由航天大國向航天強國邁進的重要支撐和顯著標志之一。

長五火箭以大幅提升我國自主進入空間能力為出發(fā)點，以解決我國航天發(fā)展現(xiàn)實需求為立足點，按照“通用化、系列化、組合化”和“無毒、無污染、低成本、高可靠、適應性強、安全性好”的設計思想，為的是構建一個新一代系列化運載火箭。

作為我國首型5米芯級直徑的大推力運載火箭，長征五號運載火箭直接服務于我國探月工程三期、載人空間站建設、火星探測等重大專項任務，也可用于不同地球軌道大型載荷及其他深空探測任務載荷的發(fā)射。長征五號火箭在大幅提升我國自主進入空間能力的同時，也為構筑我國新一代運載火箭系列型譜以及發(fā)展重型運載火箭奠定了堅實的技術基礎。

長五火箭研制是一個系統(tǒng)構成復雜、新技術多、驗證規(guī)模大、專業(yè)領域廣、組織實施難的航天復雜系統(tǒng)工程。在大火箭的背后，是國家科技能力、制造水平的全面體現(xiàn)，是我國向航天強國、科技強國、制造強國目標前進的實實在在的一步。

在長五火箭的研制過程中，航天科技集團5個研究院、43個部所廠、1.6萬多人承擔了相關工作;全國冶金、化工、電子、交通運輸等行業(yè)900余家單位參與了相關配套研制工作;在文昌、在天津、在上海、在西安，在全國各地，我國航天制造都因新一代運載火箭的研制發(fā)生了轉變。

可以說，長五火箭的成功研制也是全國各行業(yè)大力協(xié)同、密切配合、攻堅克難的結果。火箭能力的提升，不僅是中國航天科研能力提升的表現(xiàn)，更是我國綜合國力提升的象征。

長征五號運載火箭研制具有“兩多、兩大、兩新、一同步”的特點，即“新技術多、新研產品多”“技術跨度大、研制規(guī)模大”“研制隊伍新、研制手段新”“研制與保障條件建設同步”，自2006年正式立項研制以來，經過10余年的工程研制，2016年11月3日成功首飛。

成功背后的“一波三折”

長征五號是一枚從一出生就注定不平凡的火箭，它寄托了太多人的夢想和夙愿。長期以來，談及我國的某項技術或某個領域的發(fā)展，人們已經習慣用“大而不強”來形容。但航天正在將這種說法打破，而打破這種說法的第一拳就是長征五號——相當于“航天強國”的入場券。其研制難度可想而知。

2017年7月2日，長征五號遙二火箭因火箭發(fā)動機局部結構問題，未能將衛(wèi)星送入預定軌道，發(fā)射任務失利。

被譽為中國航天之父的錢學森曾經說過：“科學試驗如果次次都能成功，那又何必試驗呢？經過挫折和失敗，會使我們變得更聰明?！?/p>

長征五號的“鳳凰涅槃”之旅，就是眼下一個最好的例證。兩年前，長征五號第二次發(fā)射遭遇失利，這則消息像陰霾一樣籠罩在國人心頭，并一度引發(fā)質疑。

長五火箭是一個全新的火箭，一系列新問題也會接踵而至。這對火箭來說是一個跨越式的臺階，同時也是一個必須要自力更生、自主創(chuàng)新邁上去的臺階。這如同人類探索宇宙的規(guī)律一樣，當先行者邁出跨越式的第一步，后來者的跟隨相對會容易許多，而由量變到質變的這一步對于中國航天來說，是非走不可且必須要走的。

火箭的發(fā)展過程大部分時間都是漸進式的小步快跑，但發(fā)展到一定階段就會遇到瓶頸，這個時候便需要更新?lián)Q代。這就好像經濟學中的線性增長和第二曲線式增長，現(xiàn)代創(chuàng)新理論提出者熊彼特說：“無論把多少輛馬車連續(xù)相加，都不能造出一輛火車出來。而只有從馬車跳到火車的時候，才能取得十倍速的增長?！?/p>

直徑大小的限制、發(fā)動機推力的限制、地理位置的限制……如果長征系列火箭繼續(xù)沿著原先的道路走，已經無法滿足日益增長的需求。作為航天發(fā)展的“馬車夫”，運載能力也要一步步跨越到火車時代，甚至高鐵時代。

長五從設計、仿真、制造到地面各種試驗都變了。毫不夸張地說，長五火箭的研制是從一張白紙上一筆筆畫出來的，因為不管是它的“心臟”——發(fā)動機，還是整體布局結構都是全新的。

中國航天人一步一突破地走過30年，打贏了“動力系統(tǒng)研制、火箭結構研制以及發(fā)射場建設”這三場戰(zhàn)役。

長五火箭在工程預研、方案研制、初樣研制階段，型號隊伍全面突破了以12項重大關鍵技術為代表的247余項關鍵技術，生產各類單機約18031臺，累計開展試驗約1289項，總計超過2萬余次各種地面試驗。

長五火箭在研制過程中遇到了多項我國運載火箭發(fā)展史上首次遇到的重大技術難題，團隊創(chuàng)造性地提出全新方案、采用新技術、全面系統(tǒng)綜合和優(yōu)化，掌握了一批具有自主知識產權的全新技術。

彎路不會白走，這會使大家對問題的認識更加透徹，讓隊伍走向成熟，所以不斷暴露問題的過程，也是獲得提升的過程。

長征五號的“浴火重生”

2018年4月16日，國家航天局對外發(fā)布長征五號遙二火箭故障調查情況，其中提到，長征五號遙二火箭飛行至346秒時突發(fā)故障。故障原因為芯一級液氫液氧發(fā)動機一分機渦輪排氣裝置在復雜力熱環(huán)境下，局部結構發(fā)生異常，發(fā)動機推力瞬時大幅下降，致使發(fā)射任務失利。

發(fā)動機，又是發(fā)動機，是的，這個曾一度刺痛國人的航空領域關鍵技術的字眼，這一次在航天領域成了“絆腳石”。

大火箭，自然離不開大推力，而大推力，就離不開發(fā)動機。在長征五號之前，我國現(xiàn)役火箭發(fā)動機單臺推力最大只有70噸左右，想要發(fā)射超大型航天器，就顯得“力不從心”了。

新型的大推力發(fā)動機應運而生。經過15年不懈攻關，8臺全新研制的120噸液氧煤油發(fā)動機，被裝配在長征五號的4個助推器上，4臺全新研制的氫氧發(fā)動機，則在一級和二級火箭上各裝配了兩臺。

研制發(fā)動機的難度就像攀登珠穆朗瑪峰，一些外國專家說，即使設計出來，也不可能把它制造出來。這其中，遙二任務出現(xiàn)故障的氫氧發(fā)動機，更是“難上加難”。

面對全新的發(fā)動機，研制團隊開始了夜以繼日的科技攻關，幾十種新材料、100多種新工藝一一被攻克。然而，發(fā)動機的起動成為最大的攔路虎。起動階段整個發(fā)動機處在不穩(wěn)定的動態(tài)過程里，因為轉速從靜止狀態(tài)轉到幾萬轉，溫度要從低溫狀態(tài)進入到高溫狀態(tài)，我們的控制時序都是以毫秒級來控制動作的，任何一個動作配合不好，沒達到預想的結果都可能導致失敗。

最初讓研制團隊備受打擊的是，長征五號首飛所用的發(fā)動機樣機研制出來后，其試車結果連續(xù)4次均遭失?。簝纱纹饎颖?，兩次燃氣系統(tǒng)燒毀。這些對整個研制隊伍、設計隊伍的信心打擊非常大，“很多人做夢都夢見爆炸的場景，吃不下飯，睡不好覺”。

為了攻克難關，研制團隊這兩年多承受的煎熬、困苦、曲折、質疑，前所未有。所經歷的磨礪、拼搏、奮斗、攻關，也是研制歷史中罕見的。

長征五號遙二火箭失利后，經過i00余天的故障排查與定位，以及180余天的試驗驗證，失利的原因終于確認。此后，根據故障調查的結論，研制團隊對芯一級氫氧發(fā)動機進行了設計改進，從結構、材料和工藝等方面都采取了相應的改進措施，提高了對飛行環(huán)境的適應性。

故障原因找到了，查明了，也改進了。一切看起來都是那么的順利。然而，新問題又來了。

2018年11月30日，改進后的芯一級氫氧發(fā)動機，在長程試車過程中出現(xiàn)問題。這一次航天人反應更快，根據故障原因，研制團隊對發(fā)動機的局部薄弱環(huán)節(jié)進行了改進，提高了結構的動強度裕度。

2019年3月29日，發(fā)動機試車故障的歸零工作及改進驗證全部完成——兩次長程試車驗證順利通過，第二次的問題就這樣解決了。

但很快，他們就迎來了第三次“遭遇戰(zhàn)”。2019年4月4日，在長征五號遙三火箭的總裝工作進入到最后階段時，一臺用于后續(xù)任務的芯一級氫氧發(fā)動機，在試驗數據分析過程中，出現(xiàn)了“異常振動頻率”。

真可謂一波三折，再次驗證了那句話：科學探索的道路從來不是坦途?！安粠б唤z疑慮上天！”研制人員順藤摸瓜，找到了問題的“癥結”所在——發(fā)動機局部結構，對復雜力熱環(huán)境非常敏感，容易引起共振，一旦激發(fā)，不易衰減。

2019年7月，研制人員完成了對發(fā)動機的結構改進，并完成了十幾次大型地面試驗。至此，困擾長征五號兩年多的發(fā)動機問題，終于排查完畢。

長征五號從2017年7月2日遙二失利，到2019年12月27日遙三發(fā)射成功，歷時908天，在遙二火箭的基礎上，進行了200余項技術改進，其中比較重大的技術改進有9項，包括了發(fā)動機設計改進、長排整流罩設計改進、利用系統(tǒng)調節(jié)方案改進等，累計進行了40余次關鍵技術試驗。908個日夜，無數次跌倒后又重新爬起。而最大的“硬骨頭”——氫氧發(fā)動機，也在兩年多時間里完成了鳳凰浴火、涅槃重生。

如今，長征五號終于打贏這場“翻身之戰(zhàn)”，它也成為中國航天2019年最具標志性的任務。而這，不僅是因為它決定著后續(xù)嫦娥五號、載人空間站和首次火星探測等重大工程任務的執(zhí)行，更在于它將科學試驗由失敗走向成功的過程，以這樣一種直觀的方式呈現(xiàn)到公眾面前，讓人為之牽動，讓人為之驚嘆。

“胖五”彰顯的中國力量

“胖五”這枚中國最大火箭歷時900多天“浴火重生”，再次出征。長征五號遙三發(fā)射成功后，世界其他幾個航天大國均將長五火箭與目前世界上性能最高、能力最強的大型火箭——美國的德爾塔4重型火箭相提并論，認為“長五火箭的技術指標使它與美國目前最強大的德爾塔4重型火箭并駕齊驅”“該火箭的性能超過了歐洲的阿里安5火箭和計劃2020年發(fā)射的阿里安6火箭”“這是改變游戲規(guī)則的一次發(fā)射，是中國航天的新篇章”。

作為目前我國運載能力最大的火箭，長征五號肩負著開展載人航天空間站建設、月球采樣返回、火星探測等多項重大航天工程任務，是承載中華民族對浩瀚宇宙向往的“夢想之箭”，也是我國由航天大國邁向航天強國的重要標志。

長征五號火箭采用多種構型系列化設計的技術途徑，其中，一級半構型的長征五號B運載火箭，近地軌道的運載能力達到25噸左右，可以有力支撐我國載人航天空間站的建設;兩級半構型的長征五號運載火箭，地球同步軌道運載能力達到14噸，可以用于發(fā)射大型高軌道衛(wèi)星、實施月球采樣返回、開展深空探測等任務。

據法國《回聲報》網站12月27日報道，中國國家航天局副局長吳艷華表示，長征五號運載火箭擔負著重要使命。長征五號未來將負責搭載中國首個火星探測器、計劃帶回月球巖石樣本的嫦娥五號月球探測器以及載人空間站核心艙。

報道稱，中國近些年毫不掩飾其空間雄心。2019年1月，中國成功將一個探測器送到月球背面，這是全世界首次。中國不打算在這條道路上停下來。除了已經征服的月球和打算在2020年征服的火星之外，中國還希望在2030年前后開展木星系探測和行星系探測。

另據奧地利《新聞報》官網12月27日報道，如果一切順利，中國將在2022年用長征五號運載火箭組建自己的載人空間站。如果國際空間站像計劃的那樣在2024年關閉，中國屆時將是唯一在太空設有載人空間站的國家。

中國也在衛(wèi)星技術上取得進步。專家報告說，長征五號火箭現(xiàn)在送入軌道的實踐二十號衛(wèi)星可以使太空中的數據交換以明顯更高的速度進行。

此外據美國彭博新聞社網站12月27日報道，中國有著雄心勃勃的太空探索計劃，從發(fā)射數量來說，中國超越了美國和俄羅斯：2019年有33次（不包括27日的發(fā)射），去年則有39次。未來涉及長征五號火箭的任務包括：讓嫦娥五號探測器從月球表面帶回樣本，以及運送探測器前往火星。

又據美國有線電視新聞網網站12月27日報道，中國成功發(fā)射長征五號火箭，可能為更雄心勃勃的太空計劃鋪平道路，比如，前往月球和火星的任務以及載人空間站。報道稱，中國在太空競賽中起步較晚——直到1970年，也就是美國完成人類第一次登月任務后，中國才把第一顆衛(wèi)星送入太空。但在此后的幾十年里，中國投入了數十億美元和其他資源用于研究和人員訓練。除火星任務外，中國還一直在積極進行探月行動。同時中國還在制訂到21世紀30年代實現(xiàn)載人探月任務的初步計劃。如果獲得成功，中國將成為繼美國之后第二個將人送上月球的國家。

此次遙三發(fā)射任務的成功，也標志著長征五號火箭將加速進入工程應用階段。據介紹，2020年，我國將計劃完成長征五號B的首次發(fā)射任務，發(fā)射嫦娥五號月球探測器實施月球采樣返回，以及發(fā)射火星探測器等。目前，執(zhí)行后續(xù)各項任務的長五火箭進展順利，正在按計劃開展各項生產、裝配和測試工作。

（此文根據航天科技集團宣傳素材綜合編輯發(fā)布）