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長征五號和土星五號

發(fā)布時(shí)間:2017-08-11 20:43:29
核心提示:  隨著最后一件長征五號火箭集裝箱吊裝上船,遠(yuǎn)望21號船所有火箭產(chǎn)品和相關(guān)設(shè)備集裝箱吊裝完成。這次即將運(yùn)輸?shù)拈L征五號火箭產(chǎn)
  隨著最后一件“長征五號”火箭集裝箱吊裝上船,遠(yuǎn)望21號船所有火箭產(chǎn)品和相關(guān)設(shè)備集裝箱吊裝完成。這次即將運(yùn)輸?shù)?ldquo;長征五號”火箭產(chǎn)品、運(yùn)輸保障和測量設(shè)備的40件集裝箱,由遠(yuǎn)望21號、22號船分成兩部分分別裝船。

遠(yuǎn)望21號船先后吊裝完成運(yùn)輸保障設(shè)備和電氣測量設(shè)備等8件集裝箱。8月22日裝有“長征五號”火箭分段的11件非標(biāo)準(zhǔn)集裝箱相繼被吊裝上船。非標(biāo)準(zhǔn)集裝大小各不相同,最大的裝有火箭一級箭體的集裝箱長度達(dá)到30余米,約為國際20英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的6倍。在吊裝環(huán)節(jié),需要采用遠(yuǎn)望號火箭運(yùn)輸船上的兩臺起重機(jī)同時(shí)雙臂聯(lián)吊,并與調(diào)壓載系統(tǒng)協(xié)同配合,使整個(gè)吊裝工作精準(zhǔn)無誤。

據(jù)了解,其余21件火箭集裝箱吊裝工作將在8月26日前由遠(yuǎn)望22號船完成。

我國在中國文昌航天發(fā)射場組織實(shí)施長征五號遙二火箭飛行任務(wù),火箭飛行出現(xiàn)異常,發(fā)射任務(wù)失利。后續(xù)將組織專家對故障原因進(jìn)行調(diào)查分析。

原本,這次發(fā)射若成功意味著長征五號運(yùn)載火箭工程研制圓滿收官,進(jìn)入正式應(yīng)用階段,同時(shí)也是我國在今年下半年探月三期嫦娥五號月球探測器發(fā)射前,對“胖五”火箭的最后一次實(shí)戰(zhàn)演練。

然而,始料未及的發(fā)射失利仿佛打亂了原來的節(jié)奏,也讓很多人瞬間被驚到了,畢竟,火箭發(fā)射失利這種事情在中國確實(shí)少見,很多人不禁會問,這次的發(fā)射失利究竟意味著什么?

既然是科學(xué)實(shí)驗(yàn),當(dāng)然就有失敗的可能。

如果我們對長征五號所進(jìn)行的積極改進(jìn)和大膽探索做一番了解,就會明白,技術(shù)改進(jìn)當(dāng)然會使失敗率上升,發(fā)射失利固然是憾事一件,但在某種意義上也完全是在預(yù)料之中,所以沒什么值得大驚小怪。

以前發(fā)射成功率高是因?yàn)殚L征火箭不夠“壯”

從1970年長征一號運(yùn)載火箭發(fā)射至今,長征系列顯然成了一個(gè)“大家族”,實(shí)現(xiàn)了從常溫推進(jìn)到低溫推進(jìn)、從串聯(lián)到捆綁、從一箭單星到一箭多星,運(yùn)載能力覆蓋高、中、低各種軌道,能夠滿足不同載荷的發(fā)射要求。

長征系列運(yùn)載火箭在長征五號誕生之前共實(shí)施了237次發(fā)射,發(fā)射成功率高達(dá)97%左右。而國際上,從1957年到2015年,全球共發(fā)射5400多次,平均發(fā)射成功率是91.5%。這樣來看,長征系列火箭一直表現(xiàn)都很棒,也讓我們自然而然形成一種錯覺:但凡長征火箭發(fā)射,必定是成功的。

但這樣的成功是建立在火箭運(yùn)力較小、型號較老基礎(chǔ)之上的。

受我國鐵路運(yùn)輸?shù)南拗疲?ldquo;胖五”之前的火箭最大直徑僅為3.35米,我國長征系列運(yùn)載火箭地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力最大僅能達(dá)到5噸級,與12噸級的國際主流水平運(yùn)載能力相比差距大,制約了我國空間技術(shù)發(fā)展。莘縣信息港nuodekang.com.cn媒體報(bào)道

“當(dāng)時(shí)的載人航天工程(603698)尚處在論證階段,按我國當(dāng)時(shí)火箭的運(yùn)載能力,無法滿足未來空間站建設(shè)的需求。”航天科技(000901)集團(tuán)一院長征五號運(yùn)載火箭總指揮王玨說,國內(nèi)重大工程的發(fā)展需要成為中國研制大型運(yùn)載火箭的直接驅(qū)動。

20世紀(jì)80年代末,隨著人類探索宇宙的不斷深入,世界主要航天強(qiáng)國紛紛推出了新一代大型運(yùn)載火箭,比如美國的德爾塔4和宇宙神5、歐洲的阿里安5,這些火箭多采用了5米左右大直徑,少級數(shù),運(yùn)載能力全面超越我國當(dāng)時(shí)的火箭。

各國發(fā)展新一代火箭的目的很明確:一是通過清潔推進(jìn)劑的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)環(huán)保,二是提高運(yùn)載能力,提升進(jìn)入空間能力和商業(yè)競爭力。

內(nèi)有重大工程的需要,外有各國的發(fā)展趨勢,打造一枚“大塊頭”的火箭顯得十分迫切:

——1986年,在國家863計(jì)劃支持下,我國開始了論證研制新一代運(yùn)載火箭;

——1995年,我國開展新一代運(yùn)載火箭方案論證以及液氧煤油與氫氧兩種大推力火箭發(fā)動機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究;

——2000年,120噸級液氧煤油發(fā)動機(jī)立項(xiàng)研制;

——2001年,50噸級液氫液氧發(fā)動機(jī)立項(xiàng)研制;

——2006年,國務(wù)院正式批準(zhǔn)新一代運(yùn)載火箭基本型長征五號立項(xiàng)研制。

歷經(jīng)了反復(fù)論證,十年磨礪,上萬航天人參與,各類試驗(yàn)和測試,有的要做上幾百遍甚至上千遍,2016年11月,長征五號運(yùn)載火箭橫空出世,一飛沖天,果然是“十年磨一劍”。

長征五號居然這么難

哪怕不算前20年的研制期,僅僅是立項(xiàng)后的礪“箭”,“胖五”就花了10年時(shí)間。按說在新一代成員里,“老大哥”“胖五”是最先啟動研制的,但是卻比長征六號和長征七號這些更晚誕生,足見其難度之大、風(fēng)險(xiǎn)之高。

長征五號的“難”主要是因?yàn)橛羞@么幾只“攔路虎”:

——整體技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭能力的跨越式發(fā)展,整體就必須采用全新的技術(shù)。相比以往新火箭研發(fā)中30%左右的新技術(shù)比例,長征五號可以說是另起爐灶,全箭采用了247項(xiàng)核心關(guān)鍵新技術(shù),全箭新研產(chǎn)品比例達(dá)90%以上。

“這么高的新技術(shù)比例意味著研制工作量增大,研制難度增大,也意味著研制風(fēng)險(xiǎn)增大。”長征五號火箭總設(shè)計(jì)師李東說。

——“心臟”。運(yùn)載火箭與飛機(jī)汽車一樣,發(fā)動機(jī)是它的“心臟”。為了把更重的載荷送到更高更遠(yuǎn)的地方,火箭不僅需要最好的發(fā)動機(jī),而且一支多級火箭需要不同類型的發(fā)動機(jī)。

新一代火箭首先要解決大推力問題,之前我國單臺發(fā)動機(jī)推力最大的只有75噸,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了長征五號的需求。

長征五號采用了新一代無毒無污染的氫氧和液氧煤油發(fā)動機(jī)組合方式,8臺全新研制的120噸液氧煤油發(fā)動機(jī)被裝配在四個(gè)助推器上,兩臺50噸、兩臺9噸的全新研制的氫氧發(fā)動機(jī)分別裝配在一級和二級火箭上。在研制過程中,擺在研制人員面前最大的難題就是如何攻克大推力液氧煤油發(fā)動機(jī)技術(shù),而這個(gè)技術(shù)以前也只有俄羅斯掌握。

一些外國專家甚至認(rèn)為,即使我們能設(shè)計(jì)出來,但以我們現(xiàn)有的材料和工藝水平,也不可能制造出來。但是中國航天人愣是進(jìn)行了夜以繼日的攻關(guān),中間更是經(jīng)歷了四次發(fā)動機(jī)試車失敗,甚至目睹過幾秒鐘內(nèi)發(fā)動機(jī)就燒毀殆盡的慘狀,但他們還是挺過來了,幾十種新材料、一百多種新工藝被一一攻克。真可謂“一斤推力一寸金,十萬馬力十萬人!”中國于是成為繼俄羅斯之后第二個(gè)全面掌握液氧煤油高壓補(bǔ)燃發(fā)動機(jī)技術(shù)的國家。

——大結(jié)構(gòu)。把火箭做大,把箭體直徑從3.35米變?yōu)?米,并不是簡簡單單放大。要加工制造5米的箭體結(jié)構(gòu),需要基礎(chǔ)機(jī)械加工、貯箱焊接、鉚接等所有工裝的巨大飛躍,有很多技術(shù)難題需要克服。

大結(jié)構(gòu)還給地面試驗(yàn)帶來新要求,以前的機(jī)床、試驗(yàn)的工位、廠房都已無法滿足長征五號的大結(jié)構(gòu)需求,因此長征五號的研制也帶動了新的助推器分離試驗(yàn)、整流罩分離試驗(yàn)、靜力試驗(yàn)等技術(shù)的提升。

長征五號起飛推力達(dá)到現(xiàn)役最大規(guī)模運(yùn)載火箭的1.5倍以上,火箭各結(jié)構(gòu)部段受力情況復(fù)雜。特別是要解決針對火箭助推器與芯級傳力問題,單臺助推器不僅要承擔(dān)近200噸的芯級自重,還需在不足0.1平方米的接觸面上承受300余噸的偏置集中力載荷,方案設(shè)計(jì)難度為我國運(yùn)載火箭研制史上之最。

……

把如此多的技術(shù)創(chuàng)新匯集到長征五號身上,看上去是有些冒險(xiǎn)的。人們都知道,研制運(yùn)載火箭是個(gè)大系統(tǒng)工程,任何一個(gè)小毛病都有可能導(dǎo)致發(fā)射失敗,給航天事業(yè)造成打擊。

中國航天人卻敢于設(shè)立新目標(biāo),并且有能力駕馭研發(fā)路上各種困難和復(fù)雜性的階段,他們造就了一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)制,就像一個(gè)超級流水線一樣可以把種種夢想奇跡般地變成現(xiàn)實(shí)。

中美俄三分世界航天

長征五號火箭是中國進(jìn)入三強(qiáng)集團(tuán)的入場券,從今以后,世界航天世界一分為三。

在航天領(lǐng)域歐洲對美國的依賴十分明顯,英國脫歐后,歐洲更難自成體系,它們的技術(shù)路線也與美國比較一致,歐美只能算作一家,另二家分別是俄羅斯和中國。

在運(yùn)載火箭技術(shù)上,歐美的強(qiáng)項(xiàng)是液氫液氧發(fā)動機(jī)技術(shù)和火箭的整體集成技術(shù),軟擋是液氧煤油發(fā)動機(jī)技術(shù),美國的重型運(yùn)載火箭至今還要依靠進(jìn)口俄羅斯的RD-180發(fā)動機(jī)。沒有大推力的液氧煤油發(fā)動機(jī),嚴(yán)重地制約了歐美研發(fā)重型和超重型運(yùn)載火箭方面的進(jìn)展,也使歐美的航天運(yùn)載發(fā)射的成本太高。當(dāng)然,也有人認(rèn)為,歐美研制出新一代液氧煤油發(fā)動機(jī)并無多大問題,只是從成本考慮才買俄羅斯的。

俄羅斯在大推力液氧煤油發(fā)動機(jī)上一枝獨(dú)秀,液氫液氧發(fā)動機(jī)技術(shù)略輸歐美,但是俄羅斯在火箭整體綜合技術(shù)上嚴(yán)重落后。客觀地說,俄羅斯一直在吃蘇聯(lián)時(shí)期的老本,目前的經(jīng)濟(jì)總量不足,長遠(yuǎn)來看,俄羅斯要保持其航天科技領(lǐng)域的優(yōu)勢有很多的困難。

中國無疑是三強(qiáng)俱樂部中的小弟,液氧煤油發(fā)動機(jī)不如俄羅斯,而液氫液氧發(fā)動機(jī)又不如歐美,但是這兩種發(fā)動機(jī)技術(shù)中國都有,而且火箭的整體綜合技術(shù)能力一點(diǎn)不輸歐美,中國運(yùn)載火箭的發(fā)射成功率一直穩(wěn)居榜首?傊袊倪\(yùn)載火箭技術(shù)比較全面平衡,中國雖然不是尖子生,但也不是偏科生,是從農(nóng)村中出來的努力上進(jìn)的好學(xué)生,班上最后成功的很可能就是他。

有了長征五號后,中國在空間站的建設(shè)上就有了得力的運(yùn)載工具,但從長遠(yuǎn)來看,可能對中國的登月工程的意義更為重大。

事實(shí)上,歐盟空間組織提出建立國際月球村的設(shè)想是非常具有戰(zhàn)略眼光的。人類必須首先征服月球,在月球上逐步地適應(yīng)與我們的母體——地球非常不同的生存環(huán)境并長期生活下去,然后方能在月球上構(gòu)筑前進(jìn)基地,這是向深空發(fā)展的唯一正確的途徑。如果我們連自已最近的鄰居都搞不定,奢談火星探索究竟又有多少意義?

更重要的是月球上有十分重要的資源——水冰(Water ice),它們電解后正好是火箭發(fā)動機(jī)最需要的氫、氧燃料。由于月球表面的引力只有地球的六分之一,所以依托月球補(bǔ)充燃料后,火箭可以把更重的載荷運(yùn)送到更遠(yuǎn)的星空,月球就是人類邁向深空最好的跳板。

在月球上建立能源礦產(chǎn)資源基地,也可促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,建立月球基地的科學(xué)意義和軍事價(jià)值更不需贅述。2004年1月,時(shí)任美國總統(tǒng)小布什宣布了星座計(jì)劃(Constellation program),該計(jì)劃的重要一環(huán)是重返月球?上н@個(gè)極有遠(yuǎn)見的計(jì)劃的實(shí)施一直不順利,后來奧巴馬總統(tǒng)上臺后重返月球計(jì)劃干脆被一刀砍掉。

可能命中注定,人類征服月球的重任將降于中華民族的肩上,而長征五號的誕生讓我們看到了希望的曙光。長征五號不僅可以合格地完成探月第三期工程,完成月面巡視勘察與采樣返回,而且完全有能力開展月球基地建設(shè)的大量前期工作。

長征五號雖是重型運(yùn)載火箭,但運(yùn)載能力大約僅為超重型的美國土星五號載人登月火箭的五分之一。讓長征五號擔(dān)當(dāng)中國的載人登月計(jì)劃會有一定的困難,但也不是完全不可能。近期一系列的科研探索表明,可以把環(huán)月接應(yīng)指揮艙和登月艙分別使用兩支以上重型火箭發(fā)射到繞地軌道上,然后在軌重新裝配后送往月球?qū)嵤┹d人登月和返回。而長征五號和它的變型可能是完成實(shí)施這種接力計(jì)劃的最佳候選者。“從技術(shù)上講,中國航天具備了開展載人登月的基本能力。”長征五號首飛成功為中國載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平的這句話作出了最好的注解。

由于空間站技術(shù)的進(jìn)步和積累,可能載人登月無需再依靠土星五號這種超重型火箭,不應(yīng)再走美國阿波羅計(jì)劃的老路,長征五號在建立月球基地的宏偉事業(yè)中一定是大有作為的。但是長征五號不能也不會包打天下,在月球基地建設(shè)和登陸火星工程中超重型運(yùn)載火箭仍然不可缺少,這也是為什么推力為三千噸以上的長征九號的研制工作已經(jīng)開始。

印度網(wǎng)友在嘲諷,但我們在不斷進(jìn)步

其實(shí),縱觀人類的航天史,沒有哪一次的火箭發(fā)射能夠保證百分百成功。

即使是美俄歐洲等幾個(gè)航天大國或地區(qū),近年來也頻頻出現(xiàn)發(fā)射失利的情況。

美國是公認(rèn)的航天技術(shù)最先進(jìn)的國家之一,他們的航天事故也最慘烈,僅僅宇航員就已經(jīng)犧牲了17位。美國的德爾塔重型運(yùn)載火箭發(fā)射251次,成功率為94.4%。歐洲的阿里亞娜火箭發(fā)射107次,成功率93%。成功率最高的是蘇聯(lián)聯(lián)盟號運(yùn)載火箭,截至1993年4月發(fā)射了1012次,失敗17次,成功率98.3%。

首先,土星5號不僅是美國的神器,更是人類史上的神器,要挑戰(zhàn)神器你得具備美國的實(shí)力,否則簡單的比較沒有意義,畢竟登月的只有美國。

其次,土星5號是巨型火箭,專門在50年前為了運(yùn)送100多噸的阿波羅飛船登月而設(shè)計(jì),所以必然運(yùn)載力彪悍,否則就沒有登月的成功。但是一般的航天任務(wù)根本用不到如此的載荷能力,一般的衛(wèi)星10多噸的都是龐然大物,土星5號130噸的近地軌道運(yùn)載能力完全是浪費(fèi),因此登月任務(wù)結(jié)束后就退役了,實(shí)在消耗不起。美國現(xiàn)在的運(yùn)載火箭無論是宇宙神系列還是德爾塔系列,最大近地軌道載荷29噸,這點(diǎn)載荷還顯過剩,更不用說巨型火箭了。

最后,我們的運(yùn)載火箭載荷滿足我們現(xiàn)在的航天需求,但是今后就不好說了。也必須客觀承認(rèn),與美國比較,其他任何國家在航天上都有很大差距。我們的長征5號已經(jīng)是很大的進(jìn)步了。

 
 
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