一文掃盲“胖五”飛天
長征五號遙三火箭升空瞬間
撰文 | 喬輝
2019年12月27日20點46分左右，我國長征五號遙三運載火箭在海南文昌發(fā)射中心發(fā)射升空，并取得成功。本次搭載的是實踐二十號衛(wèi)星，這是該型號火箭的第三次發(fā)射，距離上次發(fā)射已經(jīng)兩年多。
兩年前，長征五號第二次發(fā)射時，一級火箭出現(xiàn)了故障，未能把衛(wèi)星送入預定軌道。因此，本次長征五號的“復飛”受到社會各界的廣泛關注。
我國現(xiàn)役最強的運載火箭
長征五號是一款低溫大型運載火箭，幫助我國實現(xiàn)了從中型到大型火箭的跨越和升級換代。該型火箭近地軌道的運載能力達25噸，作為對比，發(fā)射神舟載人飛船的長征二F火箭的近地軌道運載能力為8.8噸。
正在轉(zhuǎn)場的長征五號火箭
我們再來看一下長征五號的其他參數(shù)：地球同步轉(zhuǎn)移軌道的運載能力為14噸，地月轉(zhuǎn)移軌道的運載能力為8.2噸，地火轉(zhuǎn)移軌道的運載能力超過5噸，在世界現(xiàn)役運載火箭中名列前茅，這為我國將來空間站的建設、月球和火星任務都提供了重要保障。本文最后一部分有對世界大型火箭的排名，請繼續(xù)往下閱讀。
多高？多粗？多重？什么樣的構(gòu)型？
長征五號火箭高57米，重約879噸，地面起飛總推力約1052.4噸（嚴格來講應該為10524千牛，用噸表示是為了便于直觀理解）。因為火箭的推力大于重力，所以就能加速往上飛了。
長征五號火箭的構(gòu)型（模型）
長征五號由芯一級、芯二級和四個助推器組成，芯級火箭的直徑達5米，四個助推器的直徑均為3.35米。火箭整體看起來比較粗大，因此有“胖五”的昵稱。
長征五號每個助推器上都有兩臺火箭發(fā)動機，芯級火箭也是兩臺發(fā)動機，從底部看，共10臺發(fā)動機。
冰火兩重天，采用低溫無毒推進劑的“冰箭”
大家是否有注意到，在我國用長征三號乙火箭發(fā)射嫦娥三號和嫦娥四號探測器的時候，在畫面上能夠看到棕紅色的煙霧升起來？這是因為長征三號乙運載火箭采用的是四氧化二氮和偏二甲肼作為推進劑，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。
長征三號乙運載火箭發(fā)射嫦娥四號的情景
采用四氧化二氮和偏二甲肼作為推進劑的優(yōu)點是能夠在常溫儲存，對技術要求低；缺點是有一定的毒性，費用高，且火箭的“比沖”相對較低。所謂的比沖，可以定性理解為，消耗單位質(zhì)量的推進劑能夠給火箭帶來多少新增動量，這其實與火箭的噴氣速度成正比。
長征五號則采用無毒無污染的液氧、液氫和煤油作為推進劑。具體來說，芯一級和芯二級都采用的是液氧和液氫作為推進劑，四個助推器均采用液氧和煤油作為推進劑。
NASA工程師在向容器中傾倒液氫
我們知道，液氧的沸點是零下183攝氏度，而液氫的沸點更是驚人的零下253攝氏度，僅高于絕對零度20度（絕對溫度為零下273攝氏度），是名副其實的“冰箭”。
淡藍色的液氧
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。當然，氫氧火箭的優(yōu)點也是非常明顯的，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，長征五號的運載能力很強，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，大質(zhì)量通信衛(wèi)星的發(fā)射，月球探測器的發(fā)射，火星探測器甚至大型空間望遠鏡的發(fā)射奠定了基礎，未來的想象空間很大。
火星車與著陸巡視器外觀設計構(gòu)型圖
根據(jù)官方資料，僅2020年等待長征五號的發(fā)射任務就有：新一代載人飛船的測試；中國火星探測器；嫦娥五號月球探測器。
第一次飛行和第二次飛行
長征五號的首飛是2016年11月3日，當時也是一波三折。由于飛控計算機出現(xiàn)問題，最后光倒計時就被打斷了三次，當時筆者有幸去發(fā)射現(xiàn)場觀摩，記憶深刻。最終，長征五號順利發(fā)射，但其搭載的“上面級”遠征二號火箭和衛(wèi)星入軌不是太精確，多虧了遠征二號火箭的軌道修正，最終把衛(wèi)星送入了預定軌道。
“上面級”火箭是一種運載工具，是在原有火箭的上面增加相對獨立的一級，功能它類似于“太空擺渡車”。在沒有上面級火箭的情況下，運載火箭先把衛(wèi)星送入“轉(zhuǎn)移軌道”，衛(wèi)星再通過自身動力變軌到達工作軌道。這個過程不僅需要消耗數(shù)噸燃料，且往往耗時較長。上面級不一定每次都有，視具體發(fā)射任務決定。
長征五號的第二次飛行是2017年7月2日，那次由于芯一級液氫液氧火箭發(fā)動機在起飛后不久就出現(xiàn)問題，沒能把衛(wèi)星送入預定軌道。
海南文昌發(fā)射中心的地理優(yōu)勢是什么？
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)射場之一。
該發(fā)射中心可以發(fā)射長征五號系列火箭和長征七號運載火箭，主要承擔地球同步軌道衛(wèi)星、大質(zhì)量極軌衛(wèi)星、大噸位空間站和深空探測衛(wèi)星等航天器的發(fā)射任務。
文昌航天發(fā)射中心作為低緯度濱海發(fā)射場，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，同型號火箭運載能力可提升10%。除此之外，該發(fā)射中心還有利于通過海運解決大型火箭的運輸難題并提高殘骸墜落的安全性。
長征五號在世界現(xiàn)役火箭中排名第幾？
世界現(xiàn)役的大型運載火箭，從左到右分別是：重型獵鷹、重型德爾塔4、長征5號、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，其近地軌道的運載能力可達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，近地軌道運載能力為28.7噸；然后是長征五號火箭，近地軌道運載能力25噸，然后是俄羅斯的質(zhì)子M火箭，近地軌道運載能力23噸，最后是歐空局的阿麗亞娜5火箭，近地軌道運載能力為21噸。
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