11月3日，我國推力最大的新一代運載火箭長征五號在中國文昌航天發(fā)射場騰空而起，勢如破竹地飛向太空。

航天人常說“火箭運載能力有多大，航天的舞臺就有多大”。長征五號實現(xiàn)了我國液體運載火箭直徑由3.35米至5米的跨越，能夠將我國進入空間能力提升2.5倍以上，可實現(xiàn)近地軌道運載能力25噸級、地球同步轉移軌道運載能力14噸級。未來，包括嫦娥五號月球取樣返回、載人空間站、首次火星探測等多項航天重大工程發(fā)射任務，都將由長征五號承擔。

“它既是跨越式的，又是奠基性的。”中國工程院院士、運載火箭技術專家龍樂豪評價說。長征五號工程創(chuàng)新難點多、技術跨度大、復雜程度高，代表了我國運載火箭科技創(chuàng)新的最高水平；填補了我國大推力無毒無污染液體火箭發(fā)動機的空白，并使我國航天運載能力進入國際先進之列。

航天一甲子，“長五”三十年。從提出設想到實現(xiàn)首飛，長征五號的發(fā)展歷程覆蓋了半個中國航天史。

系列化設計：奠基新一代長征火箭

“這三十年，我是看著長征五號從無到有一路走來的。”龍樂豪說。

1985年，時任航天科技集團一院總體設計部主任的龍樂豪，對我國運載火箭的發(fā)展進行了思考。他帶領團隊提出了新一代“大火箭”的構想，其后來被命名為“長征五號”。

一年后，“大型運載火箭和天地往返運輸系統(tǒng)”被列入863計劃，并于1988年開始論證。通過對比國外新一代火箭，結合自身需求，專家們認為當時的長征系列火箭存在運載能力低、芯級直徑小、所用偏二甲肼和四氧化二氮推進劑毒性大且價格昂貴等問題，希望通過新型火箭來解決。

然而，當時我國載人航天工程尚未立項；即使該工程立項后，對于載人飛船方案，長征五號的運載能力也頗為“浪費”。有航天器專家問：“搞那么大的火箭干嘛？我們沒有那樣的需求……”火箭專家們無言以對。

長征五號用什么推進劑，各方意見不一。所謂新一代運載火箭，最大特點就是推進劑綠色環(huán)保，常規(guī)推進劑顯然不符合要求。但有專家認為，液氫液氧燃料不太好“伺候”，會帶來很多麻煩；研制液氧煤油發(fā)動機，也需要攻克許多難點。一來二去，圍繞長征五號的討論延續(xù)到新世紀。

2002年，原國防科工委確定了新一代火箭“一個系列、兩種發(fā)動機、三個模塊”總體發(fā)展思路，以及“通用化、系列化、組合化”設計思想。2006年，長征五號立項研制得到了國務院的正式批準。

龍樂豪認為，長征五號將成為我國新一代長征系列運載火箭的奠基性型號。

其方案中的“三個模塊”，指使用液氧液氫燃料的5米直徑模塊，用液氧煤油燃料的3.35米直徑模塊和2.25米直徑模塊；“兩種發(fā)動機”指地面推力50噸“液發(fā)-77”氫氧發(fā)動機，和地面推力120噸的“液發(fā)-100”液氧煤油發(fā)動機。在三個模塊基礎上，第一步組合制造出5米直徑芯級的大型火箭長征五號，再進一步組合制造出3.35米直徑芯級的中型火箭長征七號，以及2.25米直徑的小型火箭長征六號。最終形成近地軌道運力覆蓋1.5至25噸，地球同步轉移軌道運力覆蓋1.5至14噸的“系列”。

“未來，長征五號的5米直徑芯級，還能作為我國重型運載火箭長征九號的助推器，助其實現(xiàn)約140噸的近地軌道運載能力。”龍樂豪說。

動力先行：交著學費實現(xiàn)跨越

“從正式立項到首飛，長征五號可謂‘十年磨一箭’。但它的核心——發(fā)動機已經提前一步開始研制。”中國工程院院士、原國防科工委副主任欒恩杰說。

長征五號擁有強大且綠色環(huán)保的“中國芯”：50噸級氫氧發(fā)動機，9噸級膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動機和120噸級液氧煤油發(fā)動機。航天科技集團六院院長劉志讓介紹，上世紀90年代中期，該院已開始了對新一代火箭發(fā)動機的研究。

2000年，120噸級液氧煤油發(fā)動機項目立項，其研制歷程一波三折。2001年進行的四次整機試車中，兩次起動不正常，另外兩次燃氣系統(tǒng)燒毀。連續(xù)的失敗，使研制隊伍情緒受挫，背負了沉重的壓力。“液氧煤油推進劑我們第一次接觸，補燃循環(huán)方案是第一次用，自身起動方式是第一次研究。這么多新技術，哪能不交學費？”中國工程院院士、液體火箭發(fā)動機專家張貴田鼓勵大家。

2002年5月，該發(fā)動機整機試車取得圓滿成功，首次獲得了我國液體火箭發(fā)動機補燃循環(huán)自身起動特性參數(shù)；2006年7月，該發(fā)動機進行首次600秒試車并獲成功，為長征五號正式立項奠定了基礎。其研制突破了高壓補燃關鍵技術80余項，填補了我國補燃循環(huán)發(fā)動機的技術空白，實現(xiàn)了從常規(guī)有毒推進劑開式循環(huán)液體推進技術，到綠色無毒推進劑閉式循環(huán)液體推進技術的巨大跨越。

2001年12月，原國防科工委、財政部聯(lián)合批準“50噸級液氫液氧發(fā)動機專項工程”立項。氫氧發(fā)動機是典型的低溫發(fā)動機，工作前要利用液氫和液氧，將發(fā)動機各類部件的溫度預冷至零下180攝氏度到零下250余攝氏度，同時要保證液氫液氧在發(fā)動機內部的穩(wěn)定輸送。為此，科技人員先后解決了低溫發(fā)動機起動及關機時序、超高轉速高壓高效多級泵、大尺寸多孔面板發(fā)汗冷卻、大口徑超低溫氣動球閥等百余項關鍵技術。

記者了解到，該發(fā)動機具有長時間點火能力，可以持續(xù)工作500秒，用于火箭芯級，能實現(xiàn)僅用芯一級火箭就將有效載荷送入近地軌道。

首戰(zhàn)告捷：三大戰(zhàn)役的勝利

長征五號首飛前夕，龍樂豪坦然表達了內心的忐忑。“我們看起來笑容滿面，其實內心一個勁翻騰。”他說，“要到確定星箭分離、衛(wèi)星入軌，那顆心才能從嗓子眼落回去。”

動力系統(tǒng)已初具雛形，但長征五號火箭總體研制依然艱辛。“當時我國火箭技術儲備和工業(yè)基礎還無法對長征五號研制提供支撐。別的不說，僅五米級直徑的箭體設計、制造以及試驗技術，就是很大的跨越。”龍樂豪說。

至今，長征五號研制共突破大直徑箭體結構、大型低溫捆綁火箭耦合振動抑制等12大類247項新技術，累計開展千余項、7000余次地面試驗，創(chuàng)造了我國液體運載火箭研制規(guī)模之最。

盡管技術攻關全部完成，龍樂豪最擔心的卻是設備可靠性。他曾因此經歷過慘痛的失敗。

1996年2月15日，由龍樂豪任總設計師兼總指揮的長征三號乙火箭首飛失利，起飛22秒后撞上山頭。“我的頭發(fā)這么白，跟那一夜有很大關系。”他說。

長三乙失利的原因令人唏噓——起飛前三秒，一根只有頭發(fā)幾十分之一細的金屬導絲脫焊，導致相關器件失靈、火箭姿態(tài)失控。“成功與失敗就在一線間。哪怕故障概率只有百分之零點幾，遇上了就是百分之百的失敗。”龍樂豪嘆道。

為此，長征五號研制過程中嚴格執(zhí)行質量控制管理，并采取了電氣系統(tǒng)三冗余措施，即三臺相同設備互為備份。但這只能讓成功率盡可能提高，誰也沒法打保票。龍樂豪說，以長征三號乙為例，其儀器設備近千臺，電子元器件超過十萬支，電纜總長足夠圍北京五環(huán)繞一圈，而長征五號的規(guī)模遠大于此。“這么龐大的系統(tǒng)，稍不注意就有可能出差錯。”他說，“目前我們還沒發(fā)現(xiàn)隱患，但仍在冥思苦想。”

此外，航天科技集團一院長征五號運載火箭副總設計師婁路亮表示，該火箭飛行時，液氧煤油、液氫液氧兩種發(fā)動機將同時工作，這在我國是首次，國際上也只有前蘇聯(lián)的能源號運載火箭實現(xiàn)過。“風險在于，兩種發(fā)動機的特性、‘脾氣’各不相同，一起工作會出現(xiàn)什么情況，我們缺乏認知，在地面也無法真實模擬，只能靠實際飛行得到完全驗證。”他說。

11月3日，長征五號首飛成功的消息傳回，人們的心放下了。欒恩杰將此總結為“三大戰(zhàn)役的勝利”。“從上世紀90年代中期至今，頭十年是發(fā)動機戰(zhàn)役，后十年是火箭戰(zhàn)役，同時我們還完成了海南發(fā)射場等配套設施的建設。”他說，“這三大戰(zhàn)役構成了長征五號的首飛成功。”

放眼深空：提供更大的航天舞臺

1978年，美國總統(tǒng)卡特的安全事務顧問訪華，為了顯示兩國友好并展示科技實力，他帶來了不尋常的禮物——1克月壤。“不久后，中國人將從月球取回2000克月壤樣品。”龍樂豪充滿期待。

記者了解到，我國計劃于2017年發(fā)射嫦娥五號探測器，登陸月球并采樣返回。長征五號將成為此次任務的運載工具。

婁路亮介紹，長征五號的整流罩直徑達5.2米，一次能將20多噸重的空間站艙段送入太空。我國將用長征五號B發(fā)射空間站，已經計劃了五次發(fā)射任務。

2020年，我國還將用長征五號發(fā)射火星探測器。后續(xù)一些地球同步軌道發(fā)射任務也在規(guī)劃中。

長征五號是我國運載火箭升級換代的里程碑，也是我國由航天大國邁向航天強國的重要標志。它為我國新一代運載火箭系列化、型譜化發(fā)展奠定了堅實基礎，將為后續(xù)探月、載人航天、火星探測等國家重大工程提供有力保障。其投入應用后，必將為我國未來航天活動提供廣闊的空間。

（科技日報文昌11月3日電）