昨晚8點45分,搭載着東方紅五号衛星平台“實踐-20”号通訊衛星的長征五号遙三重型運載火箭,在位于海南省文昌市的中國文昌衛星發射中心發射升空。
長征五号遙三發射瞬間
經過2223秒的飛行後,火箭順利完成助推器分離、抛離整流罩、芯一二級分離、二級發動機關機、二次點火等飛行程序,将載荷成功送入超同步轉移軌道,發射取得了圓滿成功。
這既是2017年7月長征五号遙二火箭發射失敗以來,中國航天在重型運載火箭領域打出的一場漂亮的翻身仗,也是咱們在走向星辰大海的旅程中又邁出的堅定一步!在這裡,我們要向所有參與了長征五号研發、試驗項目的中國航天人說一聲:辛苦了!
長五遙三的成功發射是一場“翻身仗”?
說長征五号遙三運載火箭的成功發射是“打了一個漂亮的‘翻身仗’”,隻要對長五項目的研發曆程、試飛工作略有了解的人都絕對不會否認這一點:衆所周知,長征五号的首發箭長五遙一是在2016年11月發射的,但實際上中國航天獲取大推力重型運載火箭的努力,早在1986年就已經開始,從1988年到2001年,我國的航天研發部門對下一代重型運載火箭的技術方案、總體設計、載荷要求進行了大量的概念設計與論證,并在2001年正式轉入預研階段,進行了更多的細化優化,其中,作為長征五号芯一級主發動機的YF-77型氫氧機更是早在2002年就已經立項研發。
YF-77型氫氧機
一切準備工作就緒後,長征五号運載火箭在2006年底正式立項,原定于2014年底前完成長征五号遙一火箭首飛任務,但由于2012年6月火箭芯二級液氫燃料儲箱低溫試驗失敗,在未達設計壓力的情況下箱體焊縫即出現長達300毫米的裂紋,不得不推遲首飛時間到2015年,随後又推遲到了2016年,一直到2016年年中,首制箭才全部通過驗收并向文昌發射場轉運。
長征五号火箭芯二級液氫燃料儲箱
(圖源:愛航天網)
到這裡我們可以看出,從中國航天開始攀登重型運載火箭高峰、到真正造出一枚可用的重型運載火箭,前後共花費了三十年時間。而完成從“造出重型火箭”到“造出技術狀态穩定的重型運載火箭”,更花費了三十三年的時間!這怎麼可能不是一場漂亮的翻身仗呢?
長征五号的研發之路充滿了坎坷
更不用說,從2016年11月發射長五遙一,再到2017年7月發射長五遙二,最後到2019年12月發射長五遙三,在這三年的時間裡,中國航天人承載的壓力、受到的非議甚至超過了之前多年:2016年11月的長征五号遙一任務,由于發射準備時連續出現了芯一級氫氧機預冷故障、發射架與箭體連接器故障、助推器氧排氣管道故障等一系列特情,零号指揮員的指揮口令出現了中國航天史上從來沒有發生過的“混亂時刻”,在起飛時間延遲163分鐘後火箭才成功升空。而在火箭起飛後,又由于芯二級的YF-75D氫氧機指令信号異常提前關機,火箭末端速度增量不足,不得不動用了遠征二号上面級延長點火時間,才将“實踐-17”号送入預定軌道;
長征五号遙一
而2017年7月的長五遙二飛行任務則更是人盡皆知,由于芯一級的YF-77氫氧機一分機渦輪排氣裝置在起飛後346秒發生故障停機,導緻火箭推力大幅度下降,一二級分離後速度增量不夠,最後星箭于南太平洋上空再入全毀;在經曆了兩次不成功的飛行後,長征五号被迫于2017年下半年開始轉入歸零工作,查找設計缺陷,一直到2017年10月才初步定位為芯一級發動機氧渦輪泵故障,認為系機械共振造成的損毀。
長征五号遙二
在這一判斷的基礎上,2018年4月完成了歸零評審。但是,2018年10月又一台YF-77發動機的試車故障,幾乎又把所有的努力拉回到原點。這一改,就再度耗費了一年的時間,到2019年7月問題才在理論上被徹底解決并完成長試。中國航天人憋了三年的一口氣,就指望着昨天晚上首飛的長五遙三火箭成功。事實證明,他們做到了。
長征五号的性能與載荷位于世界前列
而說長征五号火箭是咱們向星辰大海邁出的堅定一步,隻要看一看長征五号的設計性能與載荷能力就不難得出結論。
本次發射的長征五号遙三
咱們先說身為模塊化設計的長征五号基本型火箭吧,長征五号由“四大模塊”組成,一是芯一級模塊,安裝有2台YF-77型燃氣發生器循環氫氧機,單台地面推力約為510Kn,比沖3040m/s。二是芯二級模塊,安裝有2台YF-75D型膨脹循環氫氧發動機,單台真空推力約為82Kn,比沖442s。三是助推器模塊,4部助推器各安裝有2台YF-100型分級燃燒循環液氧煤油發動機,單台地面推力約1223Kn,比沖為2942m/s。除此之外,還有安裝有衛星的載荷模塊。
長征五号構造圖(圖源:中國航天網)
長五箭體全長約57米,起飛總重量約為878噸,當然,得益于長征五号芯一級與助推器的強大動力,其起飛推力可以達到約10904Kn;這一數據遠遠超出目前國産的任何一型運載火箭,帶來的載荷能力也是當之無愧的“中國最強”:其近地軌道(LEO)運載能力可達25噸以上,地球同步轉移軌道(GTO)運載能力也可達到14噸以上,這兩個數據不僅遠遠超過了中國之前制造的全部運載火箭(均由長征三号丙創造,LEO9.1噸,GTO3.8噸),即使橫向對比美、俄、歐、日四個主要航天強國的重型火箭也不落後。
目前美國發射聯盟(ULA)的Atlas-V運載火箭近地軌道運載能力大約為19噸,同步轉移軌道運載能力約9噸。而俄羅斯的質子-M運載火箭近地軌道運載能力約23噸,同步轉移軌道運載能力約7噸。歐聯局的阿麗亞娜-5火箭近地軌道運載能力約20噸,同步軌道運載能力約10噸。即使是目前作為美國最著名的私人航天公司的Space-X,其旗下的獵鷹-9型火箭(非複用型)的近地軌道載荷也隻有22.8噸,同步軌道載荷能力則為8.3噸。目前在世界上正在運作的重型運載火箭中,其載荷能力能夠真正壓倒長征五号的也隻有美國波音公司制造的Delta-IV與Space-X制造的重型獵鷹。這麼橫向一比,長征五号究竟意味着什麼相信大家都會清楚。
長征五号對比其他國家的運載火箭
(圖源:軍事美學)
就以此次長征五号遙三任務發射的“實踐-20”号通訊衛星來講吧,這是一顆基于“東方紅五号”重型衛星平台的高通量新型通訊衛星,其總質量約8000千克,整星功率達28Kw,總通信容量更是達到了史無前例的70Gbps,僅此一項性能就達到并超過了中國先前發射的所有通訊衛星的總和,堪稱人類曆史上發射過的性能最先進的通訊衛星之一;
“實踐-20”号通訊衛星
更不用說,伴随着長五遙三任務的成功,長征五号系列運載火箭将在2020年正式進入密集發射時期,僅僅是2020年就有起碼三次發射任務,分别是2020年7月的“螢火2号”火星任務(一次完成火星繞、落、巡任務)、2020年9月的20噸級新一代載人飛船試飛任務(近地軌道測試)、2020年底的“嫦娥5号”月球任務(月球采樣返回);而從2021年開始,長征五号還将承擔更多、更科幻的任務,如2021到2022年連續實施3次發射空間站艙段任務,确保在2022年建成由“天和”、“問天”、“天夢”三艙組成的中國空間站,2024年發射“嫦娥6号”任務、巡天太空望遠鏡、太陽極軌望遠鏡發射任務等。
中國的火星探測器
總之,長征五号遙三火箭隻是開始,在接下來的五到十年的時間裡,中國航天即将進入高速發展的時代。因此,就讓我們擦亮眼睛,做好準備,迎接屬于中國航天的星辰大海吧。
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