2016年11月長征-5號運載火箭“胖五”第一次發射取得了部分成功,2017年7月長征-5號進行第二次發射,但在點火300秒後墜入大氣層,發射任務失敗;而在失敗兩年後的2019年12月27日20時45分,長征-5號遙三運載火箭再次發射升空,在飛行約37分鐘後將重量超過8噸的實踐-20號衛星成功送入遠地點6.8萬公里的預定軌道,宣告了長征-5號此次發射取得了圓滿成功。
長征-5號第三次發射
此次長征-5號運載火箭的圓滿成功,不僅在國內是一片歡慶,在國際上也引起了巨大的反響。為此,也有很多人不解,為何我們今年航天發射次數都已經30多次了,此次長征-5號運載火箭的發射還會如此受關注呢?接下來布武來講一下長征-5號運載火箭此次成功的意義和重要性:
“胖五”運載力現役運載火箭第三首先,長征-5號運載火箭“胖五”是中國現役推力最大的運載火箭,它的箭體長度為56.97米,雖然只比長征-2F長了一點,但卻有著5米箭體直徑,這也是為何長征-5號被稱為“胖五”的原因。另外,長征-5號運載火箭還有這867噸的自重,1078噸的最大推力,地球同步軌道運載能力為14噸,近地軌道運載能力超過了25噸。
全球運載火箭排名
25噸的近地軌道運載能力是什麼水平呢?超過了俄羅斯隊現役最強的“質子-M”運載火箭,僅次於美國的“重型獵鷹”和“德爾塔-4”兩款重型運載火箭,在全球現役運載火箭中可以取得第三的排名,就算放眼在全球運載火箭歷史上,也可以達到前6的水平(其實蘇聯的N1運載火箭雖然強大,但試飛四次都爆炸了,而能源號在載荷入軌的時候也失敗了,勉強可以稱長征-5號是運載火箭歷史排名第四的)。
全球運載火箭對比
“胖五”肩負空間站建設、嫦娥探月、首探火星三大重任“能力越大,責任也就越大”,長征-5號運載火箭有著25噸的近地軌道運載能力可不是研發著玩,而是至少肩負著中國空間站建設、嫦娥5號探月工程和探索火星這三大重任。在空間站建設方面,我們雖然不能像多國聯合的那樣建設一個434噸的國際空間站,但建設一個100噸的空間站,如果是依靠之前的長征-3B或者長征-2F,至少要發射10次而且還不能有大的部件,所以建設空間方面沒有長征-5號這樣的大推力火箭也是萬萬不行的;
空間站設想圖
執行探月工程三期(繞、落、回)主任務的嫦娥5號探測衛星,也是需要由長征-5號運載火箭進行發射到月球的背面,然後採集樣本並返回地球的,同樣也需要巨大的推力來支援,現在這一計劃和和空間站建設一樣都受到了影響,進行了些許推遲;另外,2020年7-8月份也是26個月一次火星探測的視窗期(就是地球和火星距離最近的時期),如果錯過就還要再等26個月的時間,即便是視窗期也有著5500萬公里的距離,所以同樣也需要長征-5號來執行發射運載任務。
嫦娥-5號設想圖
現在,長征-5號大推力運載火箭第三次發射的圓滿成功,可以說將之前空間站建設、嫦娥5號探月、首次探索火星這些重要且產生的不確定因素都穩定了下來,使得在2020年我們已經完全有能力去做這些事情了。
“胖五”安全無毒、推力強勁在過去以前,中國的運載火箭因為深受彈道導彈使用燃料的影響,大多采用的都是偏二甲肼 (UDMH) 和四氧化二氮 (N2O4)兩種推進燃料,這兩種燃料雖然可以在常溫下長時間儲存,但它們同時也有著很大的毒性和汙染性,在運輸、加註時不僅存在著巨大的風險,在火箭飛行燃料燃燒時還對環境有著很大的汙染。
火箭發動機
而現在,到了長征-5號這一代就不一樣了,因為長征-5號運載火箭將推進劑燃料換成了液氧-煤油和液氫-液氧這兩種幾乎無汙染的推進劑,煤油在日常中屬於非常常見的燃料,微毒或者說是無毒,而且可以在常溫下長時間儲存,安全性比之前的燃料提升了不少。而液氫-液氧就更厲害了,除了溫度低一點之外(其實不是低一點,液氫溫度需要達到零下253℃,液氧的溫度需要達到零下183℃)它們相結和組成的推進劑燃燒更是隻產生水,真正的一點汙染也沒有。
長征-5號遙二火箭
另外,長征-5號大推力運載火箭是採用新一代YF-100液氧-煤油發動機(助推器)和YF-77液氧-液氫發動機(芯級)相結合的方式,YF-100液氧-煤油發動機單臺最大推力約為120噸,該發動機消耗每千克燃料在每秒產生的推力比之前的偏二甲肼 (UDMH) 和四氧化二氮 (N2O4)燃料提升了15%-20%,這也就使得長征-5號運載火箭的推力更加強勁,在同品質的燃料小可以有更高的載重或者飛行更遠的距離。
長征5號組成方式
為長征-9號重型運載火箭做鋪墊長征-5號運載火箭雖然效能強勁,有著近地軌道25噸的運載能力、超過1000噸的最大推力,但要完成載人登月的任務還是遠遠不夠的,要知道美國的“土星-5號”重型運載火箭有著3039噸的起飛重量和3408噸的最大推力,近地軌道運載能力更是高達139噸,是長征-5號運載火箭的近6倍,昔日發射到月球的“阿波羅”飛船也有著50噸的重量。
未來大推力運載火箭
載人登月和不載人的差別是非常大的,載人登月需要飛向30萬公里外的月球還要再拐回來,同時還要帶上航天員、食物、水和更多的裝置,這就需要運載火箭有著更大的載重和推力,一來二去長征-5號的推力還載重就不夠用了,所以我們的載人登月需要推力更大的重型運載火箭,也就是已經在航展上展出過的長征-9號重型運載火箭。
長征-9號概念圖
按照航展的公開展示的資料來看,長征-9號重型運載火箭有著110米的長度和10米的直徑,都是兩倍於長征-5號的,設計近地軌道運載能力為140噸,月球軌道運載能力超過了50噸,最大推力在4000噸以上,名副其實的載人登月任務的承擔者,不過長征-9號重型運載火箭目前尚未正式立項,似乎也在等著長征-5號的技術作為一點點的鋪墊。
結語總之,此次長征-5號大推力運載火箭“胖五”的的成功發射使得中國的航天技術水平有了很大的提升,在近地軌道運載能力方面達到現役全球前三的位置。而且,長征-5號運載火箭的成功也為未來中國空間站建設、嫦娥5號探月、首次探索火星鋪平了道路,同時也為長征-9號重型運載火箭的前期研發進行了技術鋪墊,可以說是中國航天事業的一大里程碑。