一文掃盲“胖五”飛天
長征五號(hào)遙三火箭升空瞬間
撰文 | 喬輝
2019年12月27日20點(diǎn)46分左右，我國長征五號(hào)遙三運(yùn)載火箭在海南文昌發(fā)射中心發(fā)射升空，并取得成功。本次搭載的是實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星，這是該型號(hào)火箭的第三次發(fā)射，距離上次發(fā)射已經(jīng)兩年多。
兩年前，長征五號(hào)第二次發(fā)射時(shí)，一級(jí)火箭出現(xiàn)了故障，未能把衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。因此，本次長征五號(hào)的“復(fù)飛”受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。
我國現(xiàn)役最強(qiáng)的運(yùn)載火箭
長征五號(hào)是一款低溫大型運(yùn)載火箭，幫助我國實(shí)現(xiàn)了從中型到大型火箭的跨越和升級(jí)換代。該型火箭近地軌道的運(yùn)載能力達(dá)25噸，作為對(duì)比，發(fā)射神舟載人飛船的長征二F火箭的近地軌道運(yùn)載能力為8.8噸。
正在轉(zhuǎn)場(chǎng)的長征五號(hào)火箭
我們?cè)賮砜匆幌麻L征五號(hào)的其他參數(shù)：地球同步轉(zhuǎn)移軌道的運(yùn)載能力為14噸，地月轉(zhuǎn)移軌道的運(yùn)載能力為8.2噸，地火轉(zhuǎn)移軌道的運(yùn)載能力超過5噸，在世界現(xiàn)役運(yùn)載火箭中名列前茅，這為我國將來空間站的建設(shè)、月球和火星任務(wù)都提供了重要保障。本文最后一部分有對(duì)世界大型火箭的排名，請(qǐng)繼續(xù)往下閱讀。
多高？多粗？多重？什么樣的構(gòu)型？
長征五號(hào)火箭高57米，重約879噸，地面起飛總推力約1052.4噸（嚴(yán)格來講應(yīng)該為10524千牛，用噸表示是為了便于直觀理解）。因?yàn)榛鸺耐屏Υ笥谥亓?，所以就能加速往上飛了。
長征五號(hào)火箭的構(gòu)型（模型）
長征五號(hào)由芯一級(jí)、芯二級(jí)和四個(gè)助推器組成，芯級(jí)火箭的直徑達(dá)5米，四個(gè)助推器的直徑均為3.35米。火箭整體看起來比較粗大，因此有“胖五”的昵稱。
長征五號(hào)每個(gè)助推器上都有兩臺(tái)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，芯級(jí)火箭也是兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，從底部看，共10臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。
冰火兩重天，采用低溫?zé)o毒推進(jìn)劑的“冰箭”
大家是否有注意到，在我國用長征三號(hào)乙火箭發(fā)射嫦娥三號(hào)和嫦娥四號(hào)探測(cè)器的時(shí)候，在畫面上能夠看到棕紅色的煙霧升起來？這是因?yàn)殚L征三號(hào)乙運(yùn)載火箭采用的是四氧化二氮和偏二甲肼作為推進(jìn)劑，其中四氧化二氮為氧化劑，偏二甲肼為還原劑。棕紅色煙霧是由于四氧化二氮泄露出來后，變成二氧化氮的結(jié)果。
長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭發(fā)射嫦娥四號(hào)的情景
采用四氧化二氮和偏二甲肼作為推進(jìn)劑的優(yōu)點(diǎn)是能夠在常溫儲(chǔ)存，對(duì)技術(shù)要求低；缺點(diǎn)是有一定的毒性，費(fèi)用高，且火箭的“比沖”相對(duì)較低。所謂的比沖，可以定性理解為，消耗單位質(zhì)量的推進(jìn)劑能夠給火箭帶來多少新增動(dòng)量，這其實(shí)與火箭的噴氣速度成正比。
長征五號(hào)則采用無毒無污染的液氧、液氫和煤油作為推進(jìn)劑。具體來說，芯一級(jí)和芯二級(jí)都采用的是液氧和液氫作為推進(jìn)劑，四個(gè)助推器均采用液氧和煤油作為推進(jìn)劑。
NASA工程師在向容器中傾倒液氫
我們知道，液氧的沸點(diǎn)是零下183攝氏度，而液氫的沸點(diǎn)更是驚人的零下253攝氏度，僅高于絕對(duì)零度20度（絕對(duì)溫度為零下273攝氏度），是名副其實(shí)的“冰箭”。
淡藍(lán)色的液氧
處于低溫狀態(tài)的液氫和液氧像是難以馴服的怪獸，大型低溫火箭的研發(fā)難度是非常高的。當(dāng)然，氫氧火箭的優(yōu)點(diǎn)也是非常明顯的，那就是比沖非常高，能夠用更少的火箭燃料把更多的載荷送入太空，無論燃料本身，還是燃燒生成的水蒸氣，都是完全綠色無污染的。
用途廣泛，想象空間很大
文章開始部分我們也有提到，長征五號(hào)的運(yùn)載能力很強(qiáng)，分別能夠把25噸，14噸，8.2噸和5噸的載荷送入地球近地軌道，地球同步轉(zhuǎn)移軌道、地月轉(zhuǎn)移軌道以及地火轉(zhuǎn)移軌道，這就為我國將來的空間站建設(shè)，大質(zhì)量通信衛(wèi)星的發(fā)射，月球探測(cè)器的發(fā)射，火星探測(cè)器甚至大型空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射奠定了基礎(chǔ)，未來的想象空間很大。
火星車與著陸巡視器外觀設(shè)計(jì)構(gòu)型圖
根據(jù)官方資料，僅2020年等待長征五號(hào)的發(fā)射任務(wù)就有：新一代載人飛船的測(cè)試；中國火星探測(cè)器；嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器。
第一次飛行和第二次飛行
長征五號(hào)的首飛是2016年11月3日，當(dāng)時(shí)也是一波三折。由于飛控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)問題，最后光倒計(jì)時(shí)就被打斷了三次，當(dāng)時(shí)筆者有幸去發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)觀摩，記憶深刻。最終，長征五號(hào)順利發(fā)射，但其搭載的“上面級(jí)”遠(yuǎn)征二號(hào)火箭和衛(wèi)星入軌不是太精確，多虧了遠(yuǎn)征二號(hào)火箭的軌道修正，最終把衛(wèi)星送入了預(yù)定軌道。
“上面級(jí)”火箭是一種運(yùn)載工具，是在原有火箭的上面增加相對(duì)獨(dú)立的一級(jí)，功能它類似于“太空擺渡車”。在沒有上面級(jí)火箭的情況下，運(yùn)載火箭先把衛(wèi)星送入“轉(zhuǎn)移軌道”，衛(wèi)星再通過自身動(dòng)力變軌到達(dá)工作軌道。這個(gè)過程不僅需要消耗數(shù)噸燃料，且往往耗時(shí)較長。上面級(jí)不一定每次都有，視具體發(fā)射任務(wù)決定。
長征五號(hào)的第二次飛行是2017年7月2日，那次由于芯一級(jí)液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛后不久就出現(xiàn)問題，沒能把衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。
海南文昌發(fā)射中心的地理優(yōu)勢(shì)是什么？
海南文昌發(fā)射中心位于海南省文昌市龍樓鎮(zhèn)境內(nèi)，是我國首個(gè)濱海發(fā)射中心，也是世界上為數(shù)不多的低緯度發(fā)射場(chǎng)之一。
該發(fā)射中心可以發(fā)射長征五號(hào)系列火箭和長征七號(hào)運(yùn)載火箭，主要承擔(dān)地球同步軌道衛(wèi)星、大質(zhì)量極軌衛(wèi)星、大噸位空間站和深空探測(cè)衛(wèi)星等航天器的發(fā)射任務(wù)。
文昌航天發(fā)射中心作為低緯度濱海發(fā)射場(chǎng)，能夠借助接近赤道的較大線速度，使火箭燃料消耗減少，據(jù)悉，同型號(hào)火箭運(yùn)載能力可提升10%。除此之外，該發(fā)射中心還有利于通過海運(yùn)解決大型火箭的運(yùn)輸難題并提高殘骸墜落的安全性。
長征五號(hào)在世界現(xiàn)役火箭中排名第幾？
世界現(xiàn)役的大型運(yùn)載火箭，從左到右分別是：重型獵鷹、重型德爾塔4、長征5號(hào)、質(zhì)子M和阿麗亞娜5火箭
放眼世界，頭把交椅非SpaceX公司的重型獵鷹火箭莫屬，其近地軌道的運(yùn)載能力可達(dá)63噸以上；其次是美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的重型德爾塔4火箭，近地軌道運(yùn)載能力為28.7噸；然后是長征五號(hào)火箭，近地軌道運(yùn)載能力25噸，然后是俄羅斯的質(zhì)子M火箭，近地軌道運(yùn)載能力23噸，最后是歐空局的阿麗亞娜5火箭，近地軌道運(yùn)載能力為21噸。
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