最高、最大、最強的“長征五號”，能否托舉中國航天的未來 | 專訪龍樂豪院士
?長征五號。來源：央視新聞張偉
撰文 | 張巧玲（《知識分子》特約撰稿人）
責編 | 陳曉雪
● ● ●
即將在海南文昌發(fā)射場迎來“首秀”的長征五號是個大個子——
它最長身高62米，相當于20層樓的高度。
它最大芯級直徑達到5.2米，重達870噸。
它運載能力強大，近地軌道運載能力達25噸，是大部分現(xiàn)役運載火箭的2.5倍。
歷時10年磨礪，作為在研運載能力最大、一直備受矚目的新一代大型運載火箭，長征五號被人們寄予厚望。
中國工程院院士、中國運載火箭技術研究院運載火箭系列總設計師龍樂豪日前在接受《知識分子》訪談時表示，“如果長征五號發(fā)射成功，中國運載火箭的技術水平又將重新回到世界主流的一次性運載火箭的第一梯隊前列，如其結果達到設計指標，它將成為目前世界上在役的運載能力最大的火箭?！?/p>
?龍樂豪。來源：中國運載火箭技術研究院新聞中心
龍樂豪多次在公開場合不無遺憾地稱，中國新一代運載火箭的研制是“醒得最早，但起得太晚”。
中國航天運載火箭的發(fā)展起步于上世紀50年代，經(jīng)過幾十年的艱苦努力和探索，長征火箭形成了包括長征一號、長征二號、長征三號等在內的15個型號的火箭家族，豐富的火箭類型滿足了幾十年來中國近地軌道、太陽同步軌道和地球同步軌道的多種衛(wèi)星及載人飛船和月球探測任務的發(fā)射需求。
然而，現(xiàn)有的長征系列火箭暴露出了運載能力低、芯級直徑小、型號偏多、型譜重疊、可靠性不高、發(fā)射準備周期長以及使用推進劑有毒等缺點，已無法滿足未來的航天事業(yè)的發(fā)展需求，尤其是未來載人飛船以及深空探測發(fā)射任務對火箭能力都提出了極高的要求。例如，中國現(xiàn)有的長征火箭近地軌道（LEO）的運載能力是8.5噸，而地球同步轉移軌道（GTO）運載能力則只有5.5噸。
1986年，中國啟動863計劃，開始了大型運載火箭的論證工作。這一工作得到了大批院士專家的支持，但遺憾的是，有關研制和生產(chǎn)新一代大型運載火箭的倡議從提出到方案實施經(jīng)歷了20年，直到2006年才正式被批準立項。
2007年，中國新一代大型運載火箭正式啟動生產(chǎn)后，被命名為“長征五號”系列。此后長征五號的方案又經(jīng)過了一些更改，將其中衍生的小型、中型火箭分別獨立形成“長征六號”與“長征七號”火箭系列。其中，長征六號已于2015年9月首飛成功，長征七號火箭于今年6月實現(xiàn)首飛，而長征八號也已獲批立項，重型火箭也進入了關鍵技術攻關階段。
長征五號火箭仍是目前中國研制的體積最大、運載能力最強的火箭?；鸺铋L身高62米，相當于20層樓的高度，最大芯級直徑達到5.2米，捆綁4個3.35米助推器，起飛推力1078噸；采用了全新的箭體結構、動力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和發(fā)射支持系統(tǒng)，運載能力大大增強，具備近地軌道25噸、地球同步轉移軌道14噸的運載能力。與此同時，長征五號還能實現(xiàn)一箭多星的發(fā)射，一次發(fā)射更多更重、功能更全的衛(wèi)星，從而使發(fā)射費用大大降低。
?發(fā)射前運輸、組裝的過程。來源：央視新聞
上世紀90年代中期，中國的運載火箭技術水平和運載能力已站到了世界第一梯隊的前列。但遺憾的是，此后十多年中國的長征運載火箭在世界的地位不進反退。
從20世紀90年代開始，各航天大國在不斷改進現(xiàn)有火箭的同時，大力研制新一代運載火箭，如美國推出德爾塔-4（Delta-4）和宇宙神-5（Atlas-5）兩個新型運載火箭系列，歐洲研制了阿里安-5（Ariane-5）運載火箭并持續(xù)提高其運載能力，日本推出了H-2A火箭系列，俄羅斯研制了安加拉（Angara）火箭系列。中國的新一代運載火箭工作卻遲遲未能推動。
國外大型火箭要素表
?圖片來源：龍樂豪（2003），《航空制造技術》
從這個表格不難看出，各國推出的新一代運載火箭的特點：一是火箭構型簡單，大多采用一級半到兩級半的構型；二是芯級直徑大，從3.81米到5.8米；三是使用無毒推進劑，多為液氫或液氧推進劑，或以煤油發(fā)動機為主動力；四是運載能力大大增強，其LEO運載能力達到20噸級，GTO的運載能力達到10噸級。
除此之外，新一代運載火箭都采用模塊化、系列化的組合方式，進而形成運載能力覆蓋范圍較廣的運載火箭系列。
面對新時期的國際競爭態(tài)勢，中國也針對新一代運載火箭的研制工作提出了新的要求。2001年國務院發(fā)表的“中國的航天”白皮書，就明確提出中國近期運載火箭的發(fā)展目標，其中一個就是“開發(fā)新一代無毒、無污染、高性能和低成本的運載火箭，簡稱新一代運載火箭型譜化系列，增強參與國際商業(yè)服務的能力”。
此次首飛的長征五號正是按照這個要求開展研制的。中國新一代運載火箭都是遵循“一個重點、兩種動力系統(tǒng)、三個模塊”的總體思路，貫徹“通用化、組合化、系列化”的設計思想，通過模塊化組合方式。以發(fā)展5米箭體直徑的大型火箭基本型為重點，采用50噸級推力氫氧發(fā)動機和120噸級推力液氧煤油發(fā)動機兩種新型動力運輸系統(tǒng)，以5米直徑大型運載火箭、3.35米直徑中型運載火箭和小型運載火箭為3個基本模塊，三種模塊按照不同的方式組合起來，就形成了長征五號、長征六號、長征七號和長征八號四種新一代運載火箭系列，從而能滿足各種發(fā)射任務的需求。其中，長征五號火箭的運載能力最大。
中國長征五號火箭的性能已與世界主流運載火箭的能力相當，龍樂豪表示，期待長征五號的“處女秀”能“一箭驚鳴”。
?長征五號。來源 : 中國運載火箭技術研究院新聞中心
?長征五號。來源：央視新聞張偉
世界各國研制新型運載火箭主要基于兩個目的：一是滿足日益增大的運載能力的需求，用于發(fā)射軍用和民用（政府、商用）有效載荷；二是通過降低成本和提高可靠性來贏得市場。
中國研制新一代運載火箭的原因同樣基于兩個方面：一方面，通過全面提升中國運載火箭的整體水平和能力，滿足未來20~30年航天發(fā)展的需求，另一方面，也是為了保持中國運載火箭技術在世界航天領域的地位，同時為中國帶來更多的商業(yè)市場。
此次“長征五號”的首飛，將實現(xiàn)中國液體運載火箭直徑從3.35米至5米的跨越，使中國進入空間能力提升2.5倍以上。與此同時，“長征五號”以其無毒無污染、成本低、可靠性高、適應性強的優(yōu)勢，將成為現(xiàn)役長征火箭的升級換代產(chǎn)品。
今年上半年，“長征五號”首飛還未進行就廣受青睞。中國航天科技集團中國運載火箭技術研究院原黨委書記梁小虹在今年的全國兩會上接受記者采訪時介紹，長征五號已經(jīng)接到十個重量級訂單，主要是發(fā)射嫦娥五號、空間站核心艙以及火星探測等中國國家重大專項工程任務。未來，它還將用于發(fā)射東方紅五號通信衛(wèi)星等的發(fā)射任務。
不過，如果要想滿足未來載人登月等更高要求的任務需求，還需要研制重型運載火箭，而目前正研制的CZ-5運載火箭系列都無法達到這一要求。
龍樂豪透露，中國的重型運載火箭長征九號也已被納入“十三五”科技創(chuàng)新規(guī)劃中，目前正處于關鍵技術的攻關階段。長征九號的低軌道運載能力是140噸，地月轉移軌道（LTO）的運載能力大約為50噸。因此，針對空間運輸多樣性的目標需求，中國需要合理規(guī)劃新一代運載火箭的型譜，形成包括小型、中型、大型、超大型以及重型運載火箭在內的一次性運載火箭型譜，進而滿足中國未來衛(wèi)星發(fā)射、載人航天、探月工程、火星探測、以及載人登月等各種任務的運載需求。
?長征五號。來源 : 中國運載火箭技術研究院新聞中心孫浩
?長征五號。來源：央視新聞張偉
張巧玲為原中國科學報記者，現(xiàn)在中科院國家天文臺工作。
特別感謝龍樂豪院士對本文提供專業(yè)意見。
參考文獻：
1、 龍樂豪.中國運載火箭技術的成績與展望.導彈與航天運載技術，2001年第1期總第249期
2、 龍樂豪.新一代運載火箭.中國科學，2003年第2期
3、 趙穎.國外新型火箭研制計劃與發(fā)展現(xiàn)狀.國際太空，2002（10）
4、 王小軍 范瑞祥等.開啟中國載人航天新篇章.國際太空，2016（6）
5、 李東、程堂明.中國新一代運載火箭發(fā)展展望.中國工程科學，2006年11月第8卷第11期
6、 彭訓文.中國10年鑄“冰箭”：長征五號圓大火箭之夢.人民日報，2015年4月4日
7、 張巧玲.龍樂豪：我國一次性運載火箭孕育新飛躍.科學時報，2009年6月2日
