长征五号运载火箭最难关键技术取得重大突破

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长征11号运载火箭的作用与“快舟”火箭较为类似

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  全国政协委员、航天科技集团中国运载火箭技术研究院党委书记梁小虹3日透露,我国火箭家族中的新一代小型运载火箭——长征十一号运载火箭,将在年内首飞;长征七号火箭进入首飞前最后冲刺阶段;长征五号运载火箭实体即将于海南发射场“亮出真容”。而被喻为“太空摆渡车”的远征一号。也即将迎来首次“太空之旅”。

资料图:重型火箭可以将大型高性能的设备投射到太空中

  梁小虹介绍,长征十一号运载火箭是我国研制的首枚固体运载火箭,与现役以液体推进剂为动力的长征系列火箭相比,它的发射准备时间由“月”缩短为“小时”,将大大提升我国快速进入空间的能力。它最大的优势是“快速、便捷、灵活”,可实现卫星快速组网和补网,能很好地满足自然灾害、突发事件等应急发射需求。

一位航天专家曾说:“火箭的能力有多大,航天的舞台就有多大。”运载火箭技术水平不仅代表一个国家自主进入空间的能力,也体现着其最终利用空间和发展空间技术的能力和水平,是一个国家航天能力的基础。

  目前,长征十一号运载火箭已完成研制阶段的各项工作,进入首飞前最后准备阶段。

3月23日,我国正在研制的长征五号运载火箭,在北京成功进行了芯一级动力系统第二次试车。这就意味着长征五号最难关键技术取得重大突破,为其年内转入发射场合练、2016年实现首飞打下了坚实基础。

  同时,梁小虹说,新一代中型运载火箭长征七号计划今年年底完成遥一火箭总装,目前已进入首飞前最后“冲刺”阶段。

您知道吗?作为我国目前研制中运载能力最大的火箭,它还有个形象的称谓,叫“冰箭”。这源于其首次采用零下252℃的液氢和零下183℃的液氧作为推进剂,箭体内部极低温,还实现了无毒无污染。但是为了铸成这枚“冰箭”,我国科研人员整整花了10年时间,全面突破了12个大项、200多个关键核心技术。

  据介绍,长征七号火箭掌握了一系列具有自主知识产权的核心技术,是我国首枚“数字化”火箭,从设计到生产,均采用全三维数字平台,这就好比从“连环画”过渡到了“3D电影”时代。

那么,我们为什么要造这枚“冰箭”?它又新在哪里牛在哪里?做成它又要迈过哪些坎儿?未来它又将派上什么大用场?本报记者将为您一一解答。

  梁小虹透露,我国目前研制规模最大、技术跨度最高的航天运输系统工程——长征五号运载火箭实体即将于海南发射场“亮出真容”,进行它问世以来的第一次“实战演练”。据介绍,今年,长征五号运载火箭将面对前所未有的挑战,横跨三省市六地,打好芯一级芯二级动力系统试车和5米低温贮箱新静力试验、海南发射场合练这“三大战役”。

航天大国需要大火箭

  梁小虹还透露,我国新一代上面级远征一号即将迎来诞生后的首次“太空之旅”。

进入新的时期,面对国际商业卫星发射市场和国内未来卫星发射、深空探测的更高需求,同时考虑环境保护、发射安全等因素,发展我国大直径、大推力、高可靠、低成本、无污染的新一代运载火箭被提上重要日程。总结来看,长征五号运载火箭的出现主要源于两点:

  他介绍,今年,远征一号将与长征三号丙火箭共同执行发射任务,在火箭将其送入预定轨道后,独立地将要发射的卫星直接送入预定轨道。像摆渡车将车内的乘客送到不同地点一样,远征一号能将所运载的航天器送入不同的太空轨道,因而被研制人员形象地喻为“太空摆渡车”。

一方面,现役长征系列火箭面临更新换代。作为中国航天科技集团公司董事长,雷凡培对此有清醒的认识。他认为,火箭的结构效率、火箭发动机的推重比、火箭运载能力等衡量我国运载火箭技术基础的重要指标,都需要在研制新型火箭中获得进一步完善。

  此外,全国政协委员、中国空间技术研究院空间科学与深空探测首席科学家叶培建院士表示,嫦娥五号正在进行研制,进展良好,将按计划于2017年在海南发射。

另一方面,研制大推力运载火箭是未来进行深空探测的基础,也是中国空间技术发展的必然要求。“嫦娥工程”二期和三期对月球探测的“落”“回”两个阶段工作,均需依靠这种新型大推力运载火箭。

  他透露,嫦娥五号的探路飞行器“小飞”(探月工程三期再入返回)的服务舱还在天上,现在正在月球轨道上飞行,“希望它再飞一段,为将来嫦娥五号的月球轨道交会对接等任务进行更多技术验证工作”。

正是这样现实的压力,直接促成了“冰箭”研制项目在2006年10月的正式立项。

  面对太空垃圾对航天活动的威胁,以及私人资助的航天活动增多等问题,叶培建建议尽快制定太空“交通规则”。他还透露,中国航天科技工作者一直在为火星探测、小行星探测做技术准备。

而作为我国新一代运载火箭,“冰箭”采用无毒、无污染的液氢液氧推进剂,属于绿色环保大型液体运载火箭。全箭总长约60米,芯级直径达到5米,捆绑四枚3.35米直径的液氧煤油助推器,火箭起飞质量约869吨,近地轨道运载能力25吨,地球同步转移轨道运载能力14吨,与国际上主流运载火箭的运载能力相当。

“它的综合指标达到国际主流的运载火箭水平,同时也将大幅度提升我国开发利用空间资源、维护国家安全的能力,为我国未来航天科技的发展搭建更广阔的舞台。”长征五号运载火箭总指挥王珏表示。

三大亮点铸就新“冰箭”

具体来说,“冰箭”的“新”和“牛”,主要基于三点。

首先是其腰围、身材、运力的“三高”。由于其腰围由现役长征火箭家族的3.5米达到5米,最大身高达63.2米,有20层楼那么高,近地轨道运载能力由9吨增至25吨,是现役火箭最大运载能力的2倍左右,绝对算得上“长征家族”里的“大个子”和“大胖子”。

中国航天科技集团一院长征五号火箭主任设计师黄诚形容说,“冰箭”25吨的运载能力,好比可以一次将16台小轿车送入太空。而我国以后发射20吨左右的长期有人照料的空间站、大型空间望远镜、返回式月球探测器、深空探测器、超重型应用卫星等,更是不在话下。

除了发射吨位的提升,“冰箭”还可以实现一箭多星的发射。一次发射更多更重的、功能更全的卫星,将在完成相同发射任务的情况下,使每次的发射费用降低20%-30%。

此外,“冰箭”在燃料上也下了大工夫。不同于目前使用化学燃料的常规火箭,“冰箭”采用液氢液氧作为推进剂,因为其燃烧产生的是水,实现了无毒无污染。在“冰箭”约869吨的身体里,90%是零下252℃的液氢和零下183℃的液氧,这已经接近低温的极限,“冰箭”一名正源于此。

“这是我们目前可用的推进剂组合中能力最大的一种。”中国航天科技集团一院长征五号运载火箭总体主任设计师黄兵说,我国在上世纪六七十年代就开始了液氢液氧的研制工作,经过几十年的科技攻关,终于在“冰箭”上成为了现实。

最后,“冰箭”在“保持身材”上也做到了锱铢必较。因为火箭每减少3公斤的自重,就能增加1公斤的运载能力。“冰箭”的燃料储箱成了“减肥”的大户:由于采用2219铝合金材料,其内壁最薄的地方只有3毫米。专家表示,如果等比例缩放我们生活中常见的鸡蛋的话,这个鸡蛋壳的内壁厚度只有正常鸡蛋壳的十万分之四。同时,“消漩防塌装置”的运用,使得“冰箭”推进剂剩余量减少了50%。

正是这样集诸多科技成果于一身的创新设计,奠定了新一代运载火箭高水平的基础。有媒体评论称,“冰箭”的LEO(即航天器距离地面高度较低的轨道。通常用LEO载荷来判断一款火箭的运载能力。)运载能力堪与欧空局阿里安5、日本H-IIA/B、俄罗斯安加拉火箭比肩。虽然运载能力只是火箭水平的一部分,但后来居上的“冰箭”,无论如何都可以真正称得上我国航天领域的“国之重器”。

“冰箭”历经千锤百炼

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