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科技報導

“胖五”,大火箭有大夢想 為探月探火奠定重要基礎



908天的等待之後,我國新一代大型運載火箭——長征五號迎來第三次發射任務。12月27日20時45分,中國文昌航天發射場,長征五號遙三火箭帶著耀眼的光芒,撼天動地,衝破雲霄。這次發射任務的成功,意味著我國具備了探索更遠深空的能力,也為未來實現探月工程三期、首次火星探測任務等國家重大科技專項和重大工程奠定了重要基礎,邁出了建設航天強國的堅實步伐。

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12月27日20時45分,長征五號遙三運載火箭在中國文昌航天發射場點火。本報記者 雷 聲攝

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27日,長征五號遙三運載火箭升空。陳 肖攝(人民視覺)

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製圖:中國航天科技集團一院

遙三火箭有哪些特點?

200餘項技術改進,代表我國運載火箭科技創新最高水平

作為我國首型5米芯級直徑的大推力運載火箭,長征五號運載火箭因為體型寬大,被親切地稱為“胖五”火箭。

長征五號是我國首個自主研製的新一代大型運載火箭,創下了多個“第一”與“之最”,代表了我國運載火箭科技創新的最高水平。長征家族中,長征五號可謂是名符其實的“大火箭”——起飛質量最大、起飛推力最大、箭體結構最大、運載能力最強、運載效率最高。與國際同類現役運載火箭相比,長征五號近地軌道25噸左右的運載能力,已位居世界前列。長征五號還填補了我國大推力無毒無污染液體火箭發動機的空白,賦予中國運載火箭“綠色環保大推力”的新名片。

大國重器,十年“磨箭”。 2016年11月3日,經過10餘年的工程研製,長征五號火箭精彩亮相,首飛成功。然而,在2017年7月2日實施的第二次發射任務中,長征五號遙二火箭卻因為發動機局部結構問題未能將衛星送入預定軌道。從第二次的發射失利到第三次的圓滿成功,一共歷時908天。在這30個月裡,長五研製團隊經歷了什麼?大火箭又作了哪些技術改進?

“歸零”,成為記者採訪過程中最常聽到的詞語。這是中國航天從實踐中總結提出的解決質量問題的方法。中國航天科技集團一院長征五號火箭總指揮王珏告訴記者,“經過兩年多的歸零和驗證工作,研製團隊攻克了發動機技術難關。並且在完成發動機問題歸零的同時,長五火箭的技術改進和可靠性提升工作也實現了突破。”

長征五號遙二火箭失利後,經過100余天的故障排查與定位以及180余天的試驗驗證,失利原因終於確認。火箭芯一級氫氧發動機在復雜力熱環境下,局部結構發生異常,發動機推力瞬時大幅下降,致使發射任務失利。

“火箭上次失敗,是一個複雜力熱環境的相互共同作用下,使發動機的某一個零部件組件不能適應,出現失效。但這個毛病隱藏得比較深,偶爾出現,大多數情況下不出現,一旦出現就是災難性的。所以這次歸零,我們通過地面反反复复的各方面理論分析、試驗驗證,終於把'搗蛋'的這個'傢伙'逮住了。” 中國航天科技集團一院長征系列火箭總設計師龍樂豪院士說。回憶起遙二發射失利後的場景,滿頭白髮的龍樂豪說,當時並未與研製團隊過多交流,“我相信他們有能力頂住壓力。”

長五人確實頂住了壓力,儘管攻關的過程並非一帆風順。中國航天科技集團一院長征五號火箭總設計師李東對幾個時間節點印象深刻。 2018年11月30日,改進後的芯一級氫氧發動機在長程試車過程中出現問題,經過改進,2019年2月順利通過了兩次長程試車驗證。然而到了2019年4月4日,在長征五號遙三火箭的總裝工作進入到最後階段時,一台用於後續任務的芯一級氫氧發動機又發現了問題……

面對一個又一個困難,科研人員沒有灰心,會議室忘卻寒暑、試驗場不分晝夜。 908天的夜以繼日,集聚全國優勢資源聯合攻關,累計40餘次15000餘秒關鍵技術試驗,終於攻破一個又一個難關。不只是發動機研製團隊,各參研參試單位的科研人員、工程技術人員,聯合攻關的院士專家,發射場系統的工作人員,甚至包括航天人的家屬……都為長五遙三的成功付出了艱辛的努力。

據介紹,遙三火箭在遙二火箭的基礎上,進行了200餘項技術改進。其中比較重大的技術改進有9項,包括了發動機設計改進、長排整流罩設計改進、利用系統調節方案改進等。

大塊頭能做啥?

肩負月球採樣返回、火星探測等重要任務

運載火箭的能力有多大,中國航天的舞台就有多大。作為目前我國運載能力最大的火箭,“胖五”是承載著中華民族對浩瀚宇宙嚮往的“夢想之箭”,也是我國由航天大國邁向航天強國的重要標誌。長征五號肩負著月球採樣返回、火星探測等多項重大航天工程任務,也可用於不同地球軌道大型載荷及其他深空探測任務載荷的發射。

再登月球——2020年,我國將用長征五號運載火箭擇機發射“嫦娥五號”,實現月面無人採樣返回,圓滿完成探月工程三步走的規劃目標。嫦娥五號任務需要將嫦娥五號探測器直接送入地月轉移軌道,這必須由具有大運載能力的長征五號運載火箭來完成。

首探火星——目前,我國正在開展首次火星探測工程的研製工作。按照計劃,2020年,我國將通過長征五號發射火星探測器,並通過一次發射實現火星環繞、著陸和巡視探測。李東介紹,長征五號的成功研製,將大幅度提高我國進入空間的能力,助力我國深空探測能力和水平的提升,實現在深空探測領域的跨越。

此外,長征五號火箭還為構築我國新一代運載火箭系列型譜奠定了堅實技術基礎。 2020年,長征五號B等多型新一代運載火箭將相繼迎來首飛。

火箭上“運”了啥?

搭載我國最重同步軌道衛星,全面驗證“東方紅五號衛星平台”關鍵技術

很多人還很好奇,長五遙三火箭發射,搭載的是什麼衛星?

專家介紹,長征五號遙三火箭上的這名“乘客”,就是實踐二十號衛星。它是以“東方紅五號衛星平台”為基礎研製的一顆新技術試驗驗證衛星,重量達8噸,是目前我國研製的地球同步軌道發射重量最重的衛星,也是技術含金量最高的一顆衛星。

實踐二十號攜帶了不少“黑科技”。它有著我國迄今為止面積最大、翼展最長、展開方式​​最複雜的太陽翼,能夠低速轉動,保證始終朝向太陽。它還配備了國內功率最大的電源控制器,確保太陽翼提供的超強電流“聽話地”流到衛星每一個角落,維持衛星的健康運轉。

那麼,這顆衛星到底有什麼作用?

用中國航天科技集團公司五院總工程師、實踐二十號衛星總指揮周志成院士的話來說,“實踐二十號衛星首要任務是驗證'東方紅五號衛星平台'的技術穩定性,由於搭載了十多項國際領先的技術驗證載荷,也兼具新技術技術驗證的使命。以'實踐'命名衛星,就是對該星所承擔的探索意義的最好詮釋。”

據介紹,“東方紅五號衛星平台”是我國自主開發的新一代大型地球同步軌道衛星平台,單機國產化率達100%,能滿足未來20年的大容量衛星應用需求。實踐二十號作為該平台的首飛試驗星,它的成功發射將對我國通信衛星事業的發展起到重要作用。