2020年能否成為中國的“航天超級年”?
2019年12月27日20點45分,長征五號遙三運載火箭在中國文昌航天發射場點火升空,并在2000多秒后將實踐二十號衛星送入預定軌道,發射飛行試驗取得圓滿成功。長征五號的成功為2019年的發射任務畫上了一個圓滿的句號,也正式開啟了一個新的征程。
長征五號火箭于2016年11月3日首飛并獲得成功。2017年7月2日,長征五號遙二運載火箭在發射時出現故障,芯一級一臺發動機熄火導致發動機推力瞬間下降,火箭無聲地墜入太平洋,星箭俱毀。
之后,長征五號科研團隊經歷了長達908天的閉關,進行了無數次的故障檢測、結構改進和地面試車,終于在突破247項關鍵技術后迎來勝利時刻。
我們為什么需要長征五號?
2019年,中國的航天發射總次數達34次,連續兩年成為全球年度航天發射次數最多的國家。除此之外,中國北斗衛星導航系統完成了最核心的中原軌道和同步傾斜軌道衛星部署;發射了全球首顆量子科學衛星“墨子號”;兩枚快舟1A火箭實現了同一發射場僅間隔6小時的快速發射;嫦娥四號登月艙、玉兔二號月球車首次實現人造航天器登陸月球背面,鵲橋中繼衛星首次實現月地中繼通信……其中最振奮人心的,還是長征五號的成功復飛。
在2015年以前,長征系列火箭的主力是長征二號、長征三號和長征四號的多個型號。隨著中國航天的快速發展,這些火箭的運載能力開始顯得“力不從心”。
據資料顯示,在長征五號之前,我國近地軌道的最大運力是長征二號F載人航天專用火箭的8.6噸,地球同步轉移軌道的最大運力是長征三號B/E的5.5噸,地月轉移軌道的最大運力是長征三號B/E運送嫦娥三/四號任務時的3.8噸級。

長征五號遙三火箭發射成功 圖片來自@環球時報
但我國規劃中的“天和號”天宮空間站、超大型衛星平臺東方紅五號、嫦娥五號和更遠距離的“螢火二號”火星探測器均需要更強的運載能力。長征五號遙三火箭的成功發射,補齊了我國重型運載火箭缺位的短板,重新開啟了國人對未知宇宙的憧憬。
長征五號的研制攻關跨越了哪些“攔路虎”?
從古至今,走向成功的道路總是充滿荊棘。2017年7月,長征五號遙二火箭發射失利。經過100余天的故障排查與定位以及180余天的試驗驗證,長征五號遙二火箭失利原因終于確認:在復雜力熱環境下,火箭芯一級的液氫液氧(YF-77)發動機中渦輪泵的局部結構發生異常,發動機推力瞬時大幅下降,最終導致發射任務失敗。

長征五號遙三火箭升空畫面
YF-77發動機是我國首次研制的大推力液氫液氧發動機,瞄準的目標推力是當時在役氫氧發動機的9倍,技術跨度大。兩年多以前的失利讓團隊“歸零”,經歷了漫長的測試與試車,突破了247項關鍵技術,3型12臺全新研制的大推力發動機可提供超過1000噸的起飛推力,可順利將870噸的長征五號送入太空。

根據公開資料顯示,從運載能力來看,長征五號是我國運載能力最強的火箭,可實現近地軌道25噸級、地球同步轉移軌道14噸級,在目前世界現役火箭中排名第三,僅次于獵鷹重型火箭和德爾塔重型火箭。
但從首發時間和成功率來看,長征五號的表現不算亮眼。據《中國航天報》報道,經歷了三次“歸零”后,北京11所的設計師給出了一個綜合考慮試車時長、試車次數、技術狀態、試車故障等多種因素的可靠性模型,YF-77發動機的分值達到97.5即可首飛。
且在后續航天任務的迫切需求下,長征五號的衍生型號也趨于成熟。2020年,我國或將利用長征五號乙運載火箭發射“天和號”核心艙,完成天宮二號空間站的主要構造。長征五號乙取消了第二級氫氧結構,將繼續應用現有的YF-77液氫液氧核心發動機及YF-100液氧煤油助推發動機,具有更高的可靠性和安全性。
長征五號的成功對未來航天發展有何意義?
長征五號是中國運載火箭技術研究院自主研制的新一代大型低溫液體運載火箭,在國家的航天戰略規劃中,與天宮空間站建設、深空探測等發射任務息息相關。
此次遙三火箭發射成功,標志著長征五號火箭將加速進入工程應用階段,是中國實現未來探月工程三期、首次火星探測、載人航天等國家重大科技專項和重大工程的重要基礎和前提保障。
其次,此次搭載的由航天五院研制的實踐二十號衛星重達8噸,平臺單機國產化率達100%,設計壽命長達16年,搭載了十多項國際領先的技術驗證載荷。1月5日,實踐二十號衛星經歷了7次變軌后,在36000公里高度的地球同步軌道成功定點,這標志著東方紅五號衛星平臺驗證取得重大突破,更預示著我國正在躋身國際一流通信衛星研發制造陣營。
當然,長征五號與現役運載火箭橫向對比時可以發現,無論從發射頻率和實際應用來看,中美之間仍然存在一定差距。
美國時間1月6日,SpaceX的獵鷹9號火箭成功將60顆衛星送入太空,這在國內還未有過如此大規模的發射任務。該獵鷹9號火箭是“四手火箭”,在執行此次任務前,這枚箭體已成功進行3次發射任務并成功實現回收,全球范圍內也只有SpaceX真正實現了火箭一級發動機回收,目前國內也尚未驗證成功一型成熟的可回收液體火箭,還需看長征八號運載火箭的未來表現。
長征五號的成功,讓中國拿到了一塊更大的太空“敲門磚”,但太空探索故事才剛剛開始。2019年是中國航天的爆發之年,“超級2020”就此揚帆起航。
作者:趙佳雯-EO
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