就在长征七号成功首飞的四个月之后,长征五号——国内发射质量最重、运力最强的火箭,也正式进行首飞。这个总质量800多吨的庞然大物的成功发射,不仅为新一代火箭大家族的研发工作画上了一个圆满的句号,同时也打开了中国航天向更高层级发展的新大门。
作为新一代运载火箭的扛鼎之作,长征五号使用了最新研制的两款火箭发动机——推力120吨的YF-100以及推力70吨(真空)的YF-77。芯一级直径达到了5米,采用双联装YF-77发动机,助推级有四个,每个直径3.35米,采取双联装YF-100发动机,因此整个火箭的一级相当于有足足10台发动机,起飞推力超过了1000吨。常言道“只要推力足,板砖也能飞上天”。在如此强大的推力的作用下,长征五号的近地运载能力达到了惊人的25吨,实现了运载能力质的飞跃。
值得注意的是,此次发射也是新一代氢氧发动机YF-77的第一次实战。这个2001年立项的发动机,在走过了15年的风雨之后,终于要施展自己的才能了。在研制的过程中,发生了国内外罕见的技术瓶颈,直接导致了一段时间的研发停顿。但最终,这个困难还是被克服了,并将其踩在了脚下。诚然,它的推力在同代发动机中并不突出,然而对于运载火箭来说,推力不要求大,只要够用就好。同时,它也用较长的工作时间弥补了这个不足,实现了运力指标。更重要的是,这个过程为后续更大推力的发动机的研发,提供了相当多颇具价值的经验。
在发射过程中,长征五号使用的是偏南的101发射工位,与长征七号使用的102工位相比,也算是大了一号。从保存方面来说,考虑到液氢实际上是一个很容易泄露的物质,所以相对于长征七号具有的24小时燃料保存特性来说,长征五号燃料保存时间将大大缩短,因此对于发射前准备的要求也更高。此次长征五号通过了考验,也标志着文昌卫星发射中心已经正式进入常规发射序列,做好准备迎接未来发射任务的准备。
也许你能想起在得知2013年“玉兔号”月球车成功在月面软着陆之后的振奋;也许你也能回忆起当时听说2011年“萤火一号”失利的无奈;也许你还沉浸在见证前不久“天宫二号”与“神舟十一号”成功对接,组合体正常运转的喜悦中。在过去的很长一段时间里,我们取得了显著的成果,但差距也很明显:由于运力的不足以及深空探测网络的缺憾,我们探测器从未到达月球之外的其余星体,我们的空间站也迟迟没有建设。
但是这即将是过去式了。随着深空探测网络的完善,以及今天长征五号的发射成功,以长征五号为载体的一系列“中国制造”们,将在未来的太空中展现属于自己的“中国红”。
2020年,中国的“天宫”空间站将初步建成。包括“天和”核心舱、“问天”和“梦天”两个实验舱,以及“巡天”共轨飞行望远镜。这些舱段,每个都是大约20多吨重,最终组合而成的空间站成品,虽然比不上国际空间站那300多吨的大体量,但也能够支持宇航员的长期驻留。这不仅能为我国的空间科学提供更多、更翔实、更宝贵的资料,同时也能为今后更进一步的载人航天任务(在太空中实现长期驻留甚至建设月面基地)打下基础。再结合长征七号以运载货运飞船为主要任务,我们也可以认为,我国的空间站计划,是与新型运载火箭计划相辅相成,息息相关的。
在探测器方面,长征五号的设计目的除了最重要的发射空间站舱段以外,它其实也担负了2018年“嫦娥五号”月球探测器的发射工作。作为我国探月“绕、落、回”三步走的最后一步,它将采集月球表面的样品返回地球,由于多了“回”这一步,这就意味着它需要消耗更多的燃料,也意味着它将变得更大、更重。前代的运载火箭无法满足需求,那么长征五号自然就挑起了这份重担。
特别是在深空探测领域,我们也将看到“新面孔”——同样是2020年,我国将进行火星探测计划,而且将首次尝试实现“绕、落”同步进行的壮举,很显然的是,这也将由长征五号进行运载。如果此役成功,其将为后续的深空探索任务(木星探测等)做出一个良好的表率,从而让我们在深空探测领域中,也拥有一席之地。
那么这些任务都比较特殊,看起来似乎没有常规卫星发射活动,会不会导致长征五号的使用频次很低呢?
答案自然是否定的。在发射一些特殊载荷的同时,长征五号也可以肩负起发射普通卫星的任务。特别是发射“东方红五号”卫星平台。
作为即将上线的新一代运行于地球同步轨道的超大型卫星平台,它的发射质量将达到8吨,能携带1.2吨到2.2吨的有效载荷,这就意味着它将能携带更多的发射器,其工作效率也将大大增长。在此次首发中,长征五号也将搭载“远征二号”上面级(上面级是多级火箭的第一级以上的部分,通常为第二级或第三级)。它可以将“东方红五号”卫星平台直接送上地球同步轨道,大大延长卫星使用寿命。而且更重要的是,在将来,长征五号甚至可以实现“一箭双星”的发射,这对于我国未来的商业卫星发展,也是大有裨益的。
此次长征五号的发射,是一个时代的结束,更是新的时代的开始。可以预见的是,从2017年到2022年,我们将见证一个经过了十多年厚积而终于薄发的结果。各种以新一代运载火箭为载体的新装备、新产品也将不断涌现,令人目不暇接。它们一环接着一环,各个要素形成了一个有机整体,帮助我们实现从“航天大国”到“航天强国”的嬗变。
这就是航天系统工程的体现。如果没有一个合适的规划,没有一大群航天人的努力付出,没有一个强大的力量进行合理调度,那么这一切,都只是镜中花、水中月罢了。
出品:科普中国
制作:长征⑨号
监制:中国科学院计算机网络信息中心
“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。