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黄金返佣|刚刚,长征五号发射成功!中国航天走出“至暗时刻”

发布时间:2020-01-09 14:29:00
[摘要] ▲ 就是这个白色的胖子,这体型比小兵兵胖多了~究其原因,便是昨晚20时45分,长征五号遥三运载火箭,发射及飞行试验取得圆满成功。其中的长征五号,则是中国运载火箭技术研究院,自主研制的新一代大型低温液体运载火箭。主要承担高质量载荷、天宫空间站建设、深空探测等发射任务,其作用与中国航天当前的战略发展计划息息相关。

黄金返佣|刚刚,长征五号发射成功!中国航天走出“至暗时刻”

黄金返佣,2019还剩下最后几天,而大家一夜醒来,却被一个大白胖子给刷频了。

▲ 就是这个白色的胖子,这体型比小兵兵胖多了~

究其原因,便是昨晚20时45分,长征五号遥三运载火箭,发射及飞行试验取得圆满成功。

▲ 长征五号遥三运载火箭发射成功(图源:观察者网)

大家可能奇怪,前两天太原和酒泉都有长征火箭发射成功,也没见长五这么大阵仗,这个“胖五”到底是何方神圣?

答案就藏在长征火箭的族谱中。

长征系列运载火箭,是我国于60年代开始研发的系列航天运载工具,它承担了我国96.4%的发射任务,发射航天器总质量占比达到99.2%,是中国运载火箭中的绝对核心主力。

▲ 几种主力的长征运载火箭

截至到今年12月20日,我国长征系列运载火箭已累计发射322次(算上这次长五遥三就323次了),总发射成功率达95.34%,目前现役的有长二丙/丁/f、长三甲/乙/丙、长四乙/丙、长五、长六、长七、长十一及子型号。

其中的长征五号,则是中国运载火箭技术研究院,自主研制的新一代大型低温液体运载火箭。

主要承担高质量载荷、天宫空间站建设、深空探测等发射任务,其作用与中国航天当前的战略发展计划息息相关。

▲ 腾空而起的长征五号乙

之所以长五的受关注度如此之高,不仅在于它是目前中国运载能力最强的运载火箭,更在于它承担着运送天宫空间站组件的重任,对中国载人航天战略的第三步走——建立长期有人照料的空间站,有着无法替代的关键作用。

作为长征系列中的主力型号,长二、三、四及变体型号的运载能力,从2吨到8.6吨不等,用于近地轨道、地球同步转移轨道、太阳同步轨道的卫星、探测器发射任务尚可。

但随着中国航天的快速发展,这种程度的运力已经不够用了。

▲ 搭载神州十一号载人飞船的长征二号f

长五的设计目标是大质量高效运载,2016年发射成功的长征五号,拥有13-14吨的标准地球同步转移轨道运载能力,而昨天升空的长五乙,将这个数字提高到了23-25吨,运载力翻了将近一倍。

当然也只有它,才能满足天宫空间站核心舱段、20吨级的运力需求。换句话说,没有它,我国的空间站计划只能空想。

而在未来,中国航天势必要面临更多大质量、高载荷、高轨道的发射任务,现有的主力运载火箭无一能但此重任,因此需要一型通用程度高、技术成熟、可模块组合的系列火箭,而它就是长征五号。

▲ 57米高的长征五号,是为中国最大的运载火箭

当然我们的“胖五”可不只是块头大,它所使用的各项技术也十分先进,有些技术专利和性能指标已经达到甚至超越世界一流水平。

不是胖兵干吹,咱用数字和事实来说话。

新型推进剂

在运载火箭这个俱乐部当中,美国德尔塔、俄罗斯质子和长征系列,大多使用四氧化二氮与偏二甲肼的推进剂组合。

这种燃料易储存,使用它的发动机结构也较为简单,但是价格十分昂贵,比冲较低(比冲即单位质量与推进冲量的比值,数值越大则推力越强)。

▲ 美国德尔塔系列运载火箭

除此之外,这种燃料在燃烧时还会释放剧毒,因此使用这种工质的液体燃料火箭发动机还被称作“毒发”。

一旦火箭意外爆炸,相当于引爆了一个数百吨的毒气炸弹。

而长征五号的主火箭推进剂为液氧/液氢,助推器推进剂则使用液氧/煤油,这种燃料组合的性价比高、推进效果更强,而且无毒无污染,是国际上新一代大型运载火箭的主流发展方向。

▲ 俄罗斯质子号运载火箭,因为其发动机推力很强,俗称“毒王”

然而液氧/液氢,在常温下会迅速挥发气化,因此使用这种燃料的火箭,会在发射前3-4天才开始缓慢加注燃料,即使加注完成,也要不停补加直到发射前几分钟,以抵消燃料的自然挥发,否则火箭就会因为没有足够动力而发射失败。

不过呢,减缓氧氢燃料的挥发倒也有办法,那就是极低温。

▲ 工作人员检查燃料加注阀门,特殊的工作服是为了防止意外冻伤

大家都知道,低温的极限为绝对零度(-273.15℃),在此温度下连分子都会被冻结。

但这个绝对零度只是理论上的,自然界还没有发现能够真正到达绝对零度的先例,只能无限接近于这个数值。

而“胖五”可以通过在燃料贮存罐内外,设置不到3厘米后的隔热层,可将搭载的液氢维持在-253℃、液氧维持在-173℃。

这可是目前最为出色的极低温燃料储存技术,大大提高了燃料的安全与稳定性,因此长五还有一个非常形象的绰号:“冰箭”。

▲ 央视曾曝光过长征五号的极低温燃料储存技术

这种极低温技术的精妙之处还在于,燃料罐内的液氢已经接近绝对零度,但火箭发动机燃烧室内的最高温度却超过了3300℃,真可谓冰火两重天。

然而即便如此,“胖五”的电器设备,还能够在如此巨大的温差中工作。

新的发动机

长五乙的起飞重量约870吨,起飞推力超过1000吨,最大运载推力达到25吨。

要想托起这么一个庞然大物,光靠推进效果更强的燃料是不够的,还需要火箭发动机拥有极强的温度适应性(从极冷到极热)、更强的结构、更稳定的性能和更大的推力。

为此,相关单位同时研发了使用液氧/液氢的yf-77核心发动机、yf-75d次级发动机,以及使用液氧/煤油的yf-100助推发动机。

▲ 我国最新研发的yf-100k助推发动机

长五的芯一级配置两台yf-77发动机作为核心动力,芯二级则配置两台yf-75d作为二级动力。

箭体外捆绑了4组助推器,每个助推器配置2台yf-100,3型12台全新研制的大推力发动机提供超过1000吨的起飞推力,足以将870吨的胖五送入太空,其运载能力相比过去有大幅提高。

新的箭体结构与配套设施

为了让长五达到设计的载重目标,箭体必须使5米级大直径结构,因此火箭质量猛然攀升到870吨,需要使用更轻盈、更薄的合金蒙皮来减重。

▲ 长五运载的实践二十号卫星,可以看到火箭的外层壳体其实很薄

工程师们做到了,长五的主体外壳只有几毫米,整流罩蒙皮的厚度甚至只有0.3毫米,这种设计要求给加工制造提出了史无前例的挑战。

与此同时,随着尺寸飙涨,酒泉、太原和西昌三大发射中心,已经无法满足使用需要,因此我国又在海南新建了文昌火箭发射基地。

此类技术和保障的进步于改变还有很多,此处不多冗述。

当然,在这些乘风破浪般的改进背后,除了强有力的科研力量、资金支持,还有惨痛的教训。

2017年7月2日,长征五号遥二火箭在发射时出现故障,芯一级的一台发动机熄火,导致发动机推力瞬间下降。

▲ 这一幕也曾在2017年上演过,只不过上一次我们失利了,但我们从没有倒下,科学探索从来不是一片坦途

火箭无声的坠入太平洋,耗费五十亿元的长五遥二箭星俱毁。

然而,舆论并没有照顾这群为了长五奋斗多年的科研工作者,故障分析工作在“中国航天进入黑暗时刻”的舆论声中展开。

▲ 某知名问答网站上,因为长五遥二箭星俱毁,黑中国航天更是不遗余力

但我们的科研团队,在908个无休的工作日中保持着“归零”作息,进行了无数次的故障检测、结构改进和地面试车,终于在突破247项关键技术后迎来了今天的胜利。

▲ 遥二发射失利后,科研团队开始了长达两年半的闭关

两年多来,这个年轻的团队身负重担,在默默无闻的岗位上耕耘着。

直到遥三成功将实践二十号卫星送入预定轨道,圆满完成发射任务时,他们紧张了整整908天的心才放松下来。

12月27日的文昌发射中心,除了胖五以外,还有两个最引人注目的画面。

一个,是指挥室大屏幕上出现了我种花家的座右铭:“我们的征途是星辰大海!”

当然,此外还有一个细节令人动容,那就是在长五发射成功后,喜极而泣的长发小姐姐,还有紧咬嘴唇强忍泪水的小哥哥。

没有亲身经历过的人,不可能知道他们身上,到底背负了多少无法想象的压力。

所以说,胖五的成功,意味着中国航天向大载荷与高远轨道运载能力,迈出了坚实的一步,也给空间站的建设打下了坚实的基础。

小兵兵相信,有这样坚持不懈、执着奋进的航天人,种花家一定可以从航天大国变成航天强国,承载14亿人对太空探索的梦想,驶向无限精彩的星辰大海!

▲ 月球、火星,种花家来啦!

写在后面:

有人总说中国航天放缓了,这是小兵兵整理的2019中国航天重大事件,大家自行评判(以下内容整理源于观察者网):

嫦娥四号登月舱、玉兔二号月球车首次实现人造航天器登录月背,鹊桥中继卫星首次实现月地中继通信;

玉兔二号成为人类航天史上工作时间最长的月球车;

长征十一号火箭实现中国首次海上平台发射;

北斗卫星导航系统完成最核心的中圆轨道和同步倾斜轨道卫星部署;

两枚快舟1a火箭实现同一发射场间隔6小时快速发射等。

参考资料:[1] 百度百科:长征系列运载火箭[2] 科技日报:这些数字告诉你“胖五”的能耐有多大[3] 中国航天报:长五yf-77归零:走出至暗时刻[4] 观察者网:长征五号遥三运载火箭发射成功[5] 石豪:长征五号发射成功有多重要?用“一发定全局”毫不为过[6] “胖五”发射成功瞬间,指挥大厅里这位小姐姐笑着笑着就哭了


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