大力士“胖五”開啟中國航天新時代

馮小寶

站在2017年的頭上，回首2016年，發覺那是航天領域動作頻頻的一年。“天宮二號”升空，“神舟十一號”飛船與“天宮二號”成功對接，航天員順利進入“天宮二號”，完成在太空生活33天的超長任務，“長征五號”火箭首飛……雖然航天員的太空生活是大家關注的熱點，但“長征五號”火箭的首次發射成功，同樣掀起了一波熱潮。因其胖胖的可愛外形，“長征五號”被親昵地稱為“胖五”，一時間成為“網紅”，大出風頭。

“胖五”會出名，可不單單是因為它萌萌的外形，還因為它的出現標志著我國從航天大國邁入了航天強國的行列。一字之差，卻代表著運載火箭研制水平的一次全面升級。

“長征五號”是我國新一代重型運載火箭。它高約57米，芯級直徑5米，是目前我國直徑最大的運載火箭。它的起飛重量約869噸，近地軌道運載能力約25噸，地球同步軌道運載能力約14噸，與我國現役運載火箭的指標相比，有數倍的提升。國際上大型運載火箭的入門標準，是近地軌道運載能力達20噸，地球同步軌道運載能力達10噸，“長征五號”超過了這一標準，代表它已經達到了國際一流水平。

也許普通人對大火箭的意義沒什么概念，那筆者就打個比方吧。人類探索太空，需要搭乘航天器掙脫地球引力進入太空。太空是一個無比遼闊空寂的地方，太陽系內行星之間的距離動輒幾千萬千米，航天器不可能在中途得到補給。在這種情況下，火箭運載能力越大，能運上太空的重量就越大，對航天員人數、航天器重量及可攜帶物資的數量等條件限制就越寬松。就像我們帶著行李去旅行，搭乘的交通工具運載量越大，能搭載的人員和物資就越多，所能抵達的地方就越遠。所以，“長征五號”發射的成功，開啟了我國深空探測的新時代。

大力士“胖五”要“蹦”出地球，所需要的力氣可小不了，因此需要為它配備大推力的發動機。在此之前，我國現役火箭發動機單臺推力最大只有70噸左右，遠遠不能滿足大型運載火箭的要求。

中國的大火箭之夢從30年前就開始了。1986年，中國科學家提出了研究發展性能先進的大型運載火箭的目標，開始進行大型運載火箭的前期論證和攻關。2000年前后，我國啟動了對120噸級液氧煤油發動機和50噸級液氫液氧發動機的研制攻關。有專家打了個比方，120噸級液氧煤油發動機產生的最高壓強達500個大氣壓，相當于把上海黃浦江的水抽到5000米的高度。16年過去，我國航天人終于自主研制出這兩種發動機，并將它們裝配在了“胖五”身上，讓它們成為大力士的強勁心臟！

這兩種發動機采用的都是低溫推進劑，其中液氫和液氧的溫度低至- 252℃和- 183℃?！芭治濉钡耐七M劑總加注量遠超我國現役火箭，其身體90%以上的重量為深低溫液氫液氧燃料（因此它又得了個“冰箭”的稱號）。這保證了火箭能得到足夠的推力和運載力，但是對科研能力提出了更高的要求。簡單來說，“胖五”要穿上一件“防寒服”，以避免火箭的儀器、電纜等受到極低溫影響而出問題。這件“防寒服”只有十幾毫米厚，其主要材料叫作“低密度全閉孔聚氨酯泡沫塑料”，由近10種原材料按照一定的配比經高速撞擊混合反應而成，能夠幫助火箭外表面溫度保持在0℃以上。

重型火箭還涉及到很多門類的科技研發，例如大直徑箭體的設計和制造、高精度制導等，涉及到燃料、機械、材料、計算機等各個行業。

舉個簡單的例子，單單要把“胖五”的燃料運送到發射場，就得用上世界上最大噸位的平板車。這是一種特種運輸車，運載能力超過1000噸，能夠運輸橋梁、大船等，目前只有中國和德國能夠生產。

有了強勁的大心臟后，發動機還要與火箭分系統之間匹配，否則火箭會在飛行中產生振動，可能造成箭體結構損壞，令航天員感到痛苦，甚至對其生命產生威脅。因此科研人員必須突破復雜動力學建模、大型管路動態特性試驗、大型低溫蓄壓器設計研制等方面的關鍵技術難關，抑制這種振動的危害。另外，如發射過程中的動力測控系統、入軌過程的雷達監視等，火箭發射的這些設備和步驟，都凝聚了科研人員的技術結晶。

曾經有科學家說，航天科技就像是引領群雁的頭雁，在研制、發射航天器的過程中，一大批與之相關的高科技產業都將被帶動而獲得飛速的發展，并積累下寶貴的經驗，從而對國家的基礎工業作出重要貢獻。

我們的征途是星辰大海，前往星辰大海的征途，需要堅實的科技和產業基礎，而這個過程本身也將反哺于民生和科技。我們開啟了航天的新時代，也將迎來更廣闊的未來。