出品:科普中國
制作:長征⑨号
監制:中國科學院計算機網絡信息中心
就在長征七号成功首飛的四個月之後,長征五号——國内發射質量最重、運力最強的火箭,也正式進行首飛。這個總質量800多噸的龐然大物的成功發射,不僅為新一代火箭大家族的研發工作畫上了一個圓滿的句号,同時也打開了中國航天向更高層級發展的新大門。
作為新一代運載火箭的扛鼎之作,長征五号使用了最新研制的兩款火箭發動機——推力120噸的YF-100以及推力70噸(真空)的YF-77。芯一級直徑達到了5米,采用雙聯裝YF-77發動機,助推級有四個,每個直徑3.35米,采取雙聯裝YF-100發動機,因此整個火箭的一級相當于有足足10台發動機,起飛推力超過了1000噸。常言道“隻要推力足,闆磚也能飛上天”。在如此強大的推力的作用下,長征五号的近地運載能力達到了驚人的25噸,實現了運載能力質的飛躍。
值得注意的是,此次發射也是新一代氫氧發動機YF-77的第一次實戰。這個2001年立項的發動機,在走過了15年的風雨之後,終于要施展自己的才能了。在研制的過程中,發生了國内外罕見的技術瓶頸,直接導緻了一段時間的研發停頓。但最終,這個困難還是被克服了,并将其踩在了腳下。誠然,它的推力在同代發動機中并不突出,然而對于運載火箭來說,推力不要求大,隻要夠用就好。同時,它也用較長的工作時間彌補了這個不足,實現了運力指标。更重要的是,這個過程為後續更大推力的發動機的研發,提供了相當多頗具價值的經驗。
在發射過程中,長征五号使用的是偏南的101發射工位,與長征七号使用的102工位相比,也算是大了一号。從保存方面來說,考慮到液氫實際上是一個很容易洩露的物質,所以相對于長征七号具有的24小時燃料保存特性來說,長征五号燃料保存時間将大大縮短,因此對于發射前準備的要求也更高。此次長征五号通過了考驗,也标志着文昌衛星發射中心已經正式進入常規發射序列,做好準備迎接未來發射任務的準備。
也許你能想起在得知2013年“玉兔号”月球車成功在月面軟着陸之後的振奮;也許你也能回憶起當時聽說2011年“螢火一号”失利的無奈;也許你還沉浸在見證前不久“天宮二号”與“神舟十一号”成功對接,組合體正常運轉的喜悅中。在過去的很長一段時間裡,我們取得了顯著的成果,但差距也很明顯:由于運力的不足以及深空探測網絡的缺憾,我們探測器從未到達月球之外的其餘星體,我們的空間站也遲遲沒有建設。
但是這即将是過去式了。随着深空探測網絡的完善,以及今天長征五号的發射成功,以長征五号為載體的一系列“中國制造”們,将在未來的太空中展現屬于自己的“中國紅”。
2020年,中國的“天宮”空間站将初步建成。包括“天和”核心艙、“問天”和“夢天”兩個實驗艙,以及“巡天”共軌飛行望遠鏡。這些艙段,每個都是大約20多噸重,最終組合而成的空間站成品,雖然比不上國際空間站那300多噸的大體量,但也能夠支持宇航員的長期駐留。這不僅能為我國的空間科學提供更多、更翔實、更寶貴的資料,同時也能為今後更進一步的載人航天任務(在太空中實現長期駐留甚至建設月面基地)打下基礎。再結合長征七号以運載貨運飛船為主要任務,我們也可以認為,我國的空間站計劃,是與新型運載火箭計劃相輔相成,息息相關的。
在探測器方面,長征五号的設計目的除了最重要的發射空間站艙段以外,它其實也擔負了2018年“嫦娥五号”月球探測器的發射工作。作為我國探月“繞、落、回”三步走的最後一步,它将采集月球表面的樣品返回地球,由于多了“回”這一步,這就意味着它需要消耗更多的燃料,也意味着它将變得更大、更重。前代的運載火箭無法滿足需求,那麼長征五号自然就挑起了這份重擔。
特别是在深空探測領域,我們也将看到“新面孔”——同樣是2020年,我國将進行火星探測計劃,而且将首次嘗試實現“繞、落”同步進行的壯舉,很顯然的是,這也将由長征五号進行運載。如果此役成功,其将為後續的深空探索任務(木星探測等)做出一個良好的表率,從而讓我們在深空探測領域中,也擁有一席之地。
那麼這些任務都比較特殊,看起來似乎沒有常規衛星發射活動,會不會導緻長征五号的使用頻次很低呢?
答案自然是否定的。在發射一些特殊載荷的同時,長征五号也可以肩負起發射普通衛星的任務。特别是發射“東方紅五号”衛星平台。
作為即将上線的新一代運行于地球同步軌道的超大型衛星平台,它的發射質量将達到8噸,能攜帶1.2噸到2.2噸的有效載荷,這就意味着它将能攜帶更多的發射器,其工作效率也将大大增長。在此次首發中,長征五号也将搭載“遠征二号”上面級(上面級是多級火箭的第一級以上的部分,通常為第二級或第三級)。它可以将“東方紅五号”衛星平台直接送上地球同步軌道,大大延長衛星使用壽命。而且更重要的是,在将來,長征五号甚至可以實現“一箭雙星”的發射,這對于我國未來的商業衛星發展,也是大有裨益的。
此次長征五号的發射,是一個時代的結束,更是新的時代的開始。可以預見的是,從2017年到2022年,我們将見證一個經過了十多年厚積而終于薄發的結果。各種以新一代運載火箭為載體的新裝備、新産品也将不斷湧現,令人目不暇接。它們一環接着一環,各個要素形成了一個有機整體,幫助我們實現從“航天大國”到“航天強國”的嬗變。
這就是航天系統工程的體現。如果沒有一個合适的規劃,沒有一大群航天人的努力付出,沒有一個強大的力量進行合理調度,那麼這一切,都隻是鏡中花、水中月罷了。
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