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数据证明一切,现我国探索宇宙的整体水平位于世界首列

我国的“长征五号”本次的发射对于宇宙探测至关重要,关系到天宫空间站、探月三期、四期工程,以及其它深空探测,我国于将于2020年上半年,发射“天宫空间站”的首个组件“天和核心舱”,7~8月发射“萤火二号·火星探测器”,实施我国首个独立火星探测计划,年底也将发射“嫦娥五号·月球探测器”,实现我国首次无人月面软着陆并取样返回,这也是此次发射如此引人关注的原因。

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图解:长征五号

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“长征五号”基本参数

“长征五号”运载火箭又称“胖五”,是我国为满足航天发展需要,弥补中外差距,于2006年立项研制的一种一次性大型低温液体捆绑式运载火箭,作为我国开展工程研制的第1款新一代大型运载火箭,“长征五号”的起飞重量约为870吨,起飞推力约为1060吨,是目前长征火箭中体型最大、推力最强的、整体技术位居世界前列。

“长征五号”的三大特点:体积大、运载能力强,研制难度高

第一、“长征五号”体积之大。

“长征五号”的直径比我国现役运载火箭多出近一半,它的芯级直径达5米,助推器直径达3.35米,而我国现役运载火箭芯级直径则为3.35米,助推器直径达2.25米。“长征五号”总高度达57米,仅次于“长征二号”F运载火箭。

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图解:“长征五号”基本参数

第二、“长征五号”可搭载多个推进器。

“长征五号”共搭载12台推进器,依靠着充足的燃料能为火箭提供强劲的推力,根据公开信息,“长征五号”的近地轨道运载能力达到25吨级,地球同步转移轨道运载能力达到14吨级,比现役火箭的运载能力至少提升了2.5倍,运载能力超过了国际上大型运载火箭近地轨道运载能力20吨,地球同步转移轨道运载能力10吨。使我国运载火箭的规模实现从中型到大型的跨越,运载能力达到或超越国外主流大型运载火箭。

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图解:各国火箭运载能力对比图

举例说明:与美国“宇宙神5”“德尔塔4”,欧洲“阿里安5”等世界主力大型火箭相比,“长征五号”的运载能力也仅次于美国“宇宙神5”和“德尔塔4”位居世界前三。

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第三、研制难度高。

根据“长征五号”运载火箭总体主任设计师“黄兵”的描述,从2006年立项研制到2016年首飞的十年间,研发团队突破了,包括大直径箭体结构技术、大推力无毒无污染低温推进技术等12项重大关键技术在内的,共计247项关键技术,新技术使用比例几乎达100%。

所谓“十年磨一箭”,核心技术具有完全自主知识产权,这也使中国运载火箭的整体技术水平向前迈进了一大步,实现了长征火箭的升级换代,更为重要的是,“长征五号”的研制成功还为我国未来载人登月用的重型火箭研制奠定了很好的基础

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“长征五号”动力系统

运载火箭与飞机、汽车一样,发动机是动力系统的核心,为了把更重的载荷送到更高更远的地方,火箭不仅需要最好的发动机,而且一支多级火箭往往需要搭配不同类型的发动机,通常中型以上的液体燃料火箭,初级都采用大推力但效率略差的液氧煤油发动机。

芯级火箭则采用效率高的液氢液氧发动机,这样的高低搭配可以使火箭的性能和价格比取得最优。液氢液氧发动机的优势主要在于比冲高,比冲是衡量火箭燃烧效率的指标,比冲值越高,,消耗同等质量的燃料,产生的冲量越大,即火箭能获得更大的加速度,因此携带高比冲燃料的液氢液氧发动机,可以把火箭射得更高更远,但它有一个明显的缺点,就是作为发动机燃料的液氢和液氧比重太小,在相同质量下液氢和液氧会占用更大的体积,这会导致火箭“臃肿不堪”,同时超低温的液氢和液氧的生产、储存和运行,都会带来一系列的技术难题,这也导致使用液氢液氧发动机的成本较高。

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图解:液氢液氧发动机(珠海展会)

而液氧煤油发动机虽然比冲高要差一些,但推力较强,可靠性高,成本也比液氢液氧发动机低,一般用于火箭的助推器中,出于性价比的考虑,“长征五号”也采用上述结构。

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作为一款两级半液体火箭,“长征五号”搭载了3种,共12台发动机为火箭飞行提供动力

“长征五号”搭载了4个火箭助推器,每个助推器装有2台国产YF-100,液氧煤油发动机,单台推力达120吨,是目前我国推力最大的火箭助推器,火箭发射时,4个火箭助推器中的8台液氧煤油发动机,和火箭芯一级中的2台50吨级液氢液氧发动机同时点火,能为“长征五号”产生共计1060吨的起飞推力,足以推动火箭脱离地面,飞向太空。

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第一阶段:火箭起飞约173秒后,4个火箭助推器完成任务,与火箭主体分离,芯一级火箭(液氢液氧发动机)继续推动“长征五号”前进。

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图解:4个火箭助推器分离

“长征五号”芯一级火箭,装有2台国产YF-77液氢液氧发动机,单台推力达50吨,是我国目前研制推力最大的“氢氧火箭发动机”,与现役的“氢氧发动机”相比,推力提升了近9倍,整体水平与国际接轨。

第二阶段:起飞约475秒后,芯一、二级火箭分离,安装在火箭二级箱体内的2台国产FY-75D氢氧发动机点火,为火箭提供推力。

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图解:芯级火箭分离

“FY-75D氢氧发动机”的单台推力为9吨,采用膨胀循环动力,是我国目前比冲性能最高的火箭发动机,具备高空多次启动能力。

第三阶段:火箭起飞约1783秒后,火箭的上面级与基础级分离,也就是俗称的“星箭分离”,至此“长征五号”运载火箭发任务基本完成。

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“长征五号”的研究难度

除了2019年发射的这次,“长征五号”运载火箭共发射过2次“长征五号”。一次成功、一次失败。成功率只有50%。这在长征系列运载火箭历史上是很少见的,要知道截止到今,长征系列运载火箭共计发射322次,功率超过96%,极低的成功率反映出“长征五号”的研究难度之高。

在“长征五号”整个发展历程中,包括这一次总共历经了三次的发射任务,分别是:

第1次发射记录是在2016年11月3日,利用“长征五号”遥一火箭发射了实践十七号技术试验卫星,此次任务获得了圆满成功。

第2次发射记录是在2017年7月2日,利用“长征五号”遥二火箭发射了实践十八号技术试验卫星,但火箭飞行过程中出现异常,导致发射任务失败。根据调查结果显示,是芯一级火箭液氢液氧发动机一分机涡轮排气装置在复杂力热环境下,局部结构发生异常,发动机推力瞬时大幅下降,导致发射任务失利。

第3次发射记录是在2019年12月27日晚间8:45,在经过长达900多天的研制,并且克服了重重难关,所以才有了2019年12月27,“长征五号”再次问鼎天际的时刻。

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图解:2019年12月27日晚间8:45,“长征五号”再次问鼎天际的时刻

结语

“长征五号”是我国第1种真正意义上的重型运载火箭,我国未来的所有的航天探测都离不开它,所以说它对我们国家意义重大,比如说空间站建设、探月工程、火星探测工程以及未来探测更加浩瀚的宇宙,都要从它开始,所以“长征五号”,对于我们而言,就是一支“追梦之箭”,这也是“长征五号”的再次发射能够牵动全体国人的心原因就在这里了。

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图解:“追梦之箭”

特别是21世纪以后,各个国家都推出了自己的重型运载火箭,比如说西方的“猎鹰”等等。我国的“长征五号”呢,它是在2006年正式立项,在2016年进行首发,整整10年,可谓“十年磨一箭”,所以说“长征五号”对航天工程的影响是非常大的,重新点燃了我们的热情,相信我国的航天事业发展会越来越蓬勃,也相信我们的“胖五”在接下来的航天工程中能够起到巨大的作用。

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