出品：科普中國

　　製作：太空精釀

　　監製：中國科學院計算機網絡信息中心

　　據中國載人航天工程辦公室消息，2021年4月23日，中國空間站“天和”核心艙與(yu) 長征五號B遙二運載火箭組合體(ti) 已轉運至發射區，並按計劃開展發射前的各項功能檢查、聯合測試等工作。

　　長征五號的近地軌道運力達到25噸，同步轉移軌道運力達到14噸，地月轉移軌道達到8噸級，能執行多種航天發射任務，將是中國空間站建設過程中最核心的運載器具。然而，長征五號這種級別的火箭研製在世界範圍內(nei) 都是個(ge) 極大的挑戰，對中國而言，亦是如此。

　　造出長征五號火箭，有多難？我們(men) 隻要對比一下長征五號火箭與(yu) 傳(chuan) 統的長征家族火箭的差別，就能知道答案，並且也將能理解，為(wei) 什麽(me) 它能擔負起中國空間站發射任務。

　　新火箭推進劑

　　傳(chuan) 統的長征家族火箭，包括長征二、三、四號火箭都使用四氧化二氮/偏二甲肼推進劑組合，它們(men) 毒性大、發射準備周期長、價(jia) 格昂貴、比衝(chong) 偏低。比衝(chong) 是衡量單位質量推進劑產(chan) 生衝(chong) 量的指標，一般來說，這個(ge) 數據越大意味著火箭推進能力越強。相比較而言，液氧煤油、液氧液氫推進劑更優(you) ，也是世界主流大型火箭的選擇。

　　因而，長征五號一大變化是它的核心推進劑是由液氧煤油（助推器）和液氧液氫（核心芯一級、二級）組合使用。由於(yu) 液氧液氫的穩定儲(chu) 存溫度極低，分別為(wei) 零下183和零下253攝氏度，長征五號也因而得名為(wei) “冰箭”。

　　新火箭發動機

　　更新了推進劑，就意味著發動機也要更新。而一枚火箭發動機要同時做到推力大、爆發力強、材料耐熱也耐冷（從(cong) 極低溫到數千攝氏度的燃燒溫度）、結構強、控製精細、穩定性強、質量輕等多個(ge) 優(you) 點，談何容易？

　　這也是發動機被叫做“火箭心髒”的原因，它的研發難度直接導致全世界能做出大型火箭的國家屈指可數。

　　展覽中的YF-100K發動機 （開源圖片）

　　而為(wei) 了長征五號，需要同時研發出YF-77（液氧液氫推進劑，用於(yu) 核心級）、YF-100（液氧煤油推進劑，用於(yu) 助推器）和YF-75D（液氧液氫推進劑，用於(yu) 二級）三型發動機，難度可想而知。

　　新火箭上麵級

　　長征五號定位為(wei) 一種多用途係列火箭，在執行高軌和深空探測任務時，還需要攜帶第三級、或者又可以叫做上麵級，它類似太空擺渡車的效果。為(wei) 長征五號配套的上麵級是遠征二號。

　　在航天領域，一箭N星“撒土豆”並不稀奇，因為(wei) 重量僅(jin) 幾十克的皮衛星也叫衛星，但如果一次性發射多個(ge) 大質量衛星進入不同軌道則非常複雜，對上麵級的要求極高。例如，北鬥建設過程中，就數次依靠遠征一號實現一箭雙星任務，節省發射次數。而遠征二號實現了中國航天上麵級的新一個(ge) 重大突破，首次的雙發動機設計也讓它擁有了極強的機動變軌能力，比遠征一號更強，能夠助力航天器進入更遠、更高、更複雜的軌道。

　　新殼體(ti) 、新結構、新模塊化組合

　　航天領域有個(ge) 著名但又不失真的“笑話”——“馬屁股決(jue) 定了運載火箭的運力”，大意是：當初的鐵軌設計參照了馬屁股並排時的寬度，鐵軌寬度決(jue) 定了車廂設計寬度，車廂設計寬度決(jue) 定了隧道設計寬度，隧道設計寬度決(jue) 定了最大允許通過火箭箭體(ti) 直徑，火箭尺寸自然決(jue) 定了最後的火箭運力。

　　最終的結果是，此前主力長征火箭的最大殼體(ti) 直徑一般為(wei) 3.35米，再寬就無法運到三大發射中心（酒泉、太原和西昌）。

　　大國工匠：高鳳林，圖源：CCTV

　　而為(wei) 了實現運力提升的需求，長征五號要求做到5米直徑的箭體(ti) ，第一級外還捆綁了4個(ge) 3.35米的助推器，總質量飆升到了869噸級別，遠超長征三號B係列的426-459噸級別[2]，它成了名副其實的“胖五”，這意味著嶄新的殼體(ti) 和整體(ti) 結構設計方案。關(guan) 於(yu) 它的難度，推薦讀者們(men) 觀看著名紀錄片《大國工匠》，第一集就講述了為(wei) 火箭發動機和大型殼體(ti) 做焊接的大國工匠高鳳林工程師的故事。

　　此外，長征五號還實現了大型火箭的模塊化設計理念，火箭級數、是否攜帶上麵級、助推器捆綁方案等都可以按照發射需求變化，從(cong) 而衍生出一個(ge) 適合多種任務的長五家族。

　　新配套發射場、火箭運輸船、生產(chan) 基地

　　但顯然，長征五號已經無法繼續使用傳(chuan) 統的三大火箭發射場，需要建設新的火箭發射場，這就是位於(yu) 海南的文昌火箭發射基地。實際上，它還有另外兩(liang) 個(ge) 重大好處：周邊都是大洋，火箭殘骸不會(hui) 造成任何損失；緯度更低，能更大程度借助地球自轉的力量，減少推進劑消耗、提升運力。

　　遠望21和22航天運輸船（圖片來源：央廣網和中國軍(jun) 網）

　　2019年年底，長征五號發射飛行試驗取得圓滿成功。當時，為(wei) 了將長征五號從(cong) 海路運往文昌，我國還先後服役了兩(liang) 艘遠望21/22航天運輸船；為(wei) 將組裝好的火箭轉場至發射架，還需要建造大型特種火箭運輸平台；長征五號的生產(chan) 與(yu) 組裝都在天津的濱海新區完成（天津航天長征火箭製造有限公司），這裏也將成為(wei) 中國未來火箭生產(chan) 體(ti) 係的靈魂。

　　這些隻是長五相關(guan) 的一部分，但已然可以想象每一點背後都有無數科研人員常年攻克難關(guan) ，也需要國家強大的人力物力資源、科研和工程技術實力作為(wei) 後盾，缺一不可。

　　揚帆起航，逐夢九天！近期，長征五號B遙二運載火箭將承擔起我國空間站核心艙的發射任務，祝中國空間站核心艙發射成功！

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