揭秘
“胖五”身怀247项技术创新
长征五号运载火箭是我国起飞质量最大、起飞推力最大、箭体结构最大、运载能力最大的运载火箭,被大家昵称为“胖五”。别看“胖”,它身上的技术应用,可是100%的新。
据中国航天科技集团一院长征五号运载火箭副总指挥曲以广介绍,长征五号运载火箭首次采用5米直径箭体结构,无毒无污染的液氧煤油和液氢液氧推进系统,具备低轨道到高轨道的运载能力;首次采用了全新高可靠电气系统和“新三垂”为代表的全新测试发射模式,测试准备时间大幅缩短……长征五号运载火箭全面突破了以12项重大关键技术为代表的247项关键技术,新技术比例达到100%,核心技术全部实现国产化,代表着我国科技创新与工业制造的最新成就。
长征五号运载火箭的技术创新将为我国未来更大的运载器,包括载人登月用大型货运火箭及大型载人火箭奠定坚实的技术基础。
助推器:强劲发动机托举“胖五”升空
发动机被誉为火箭的“心脏”。长征五号起飞时总推力达1060吨,要托举这么重的“胖五”,需要大推力发动机。长征五号上配备的三种全新大推力发动机,分别摘得中国“最大推力液氧煤油发动机”、“最大推力氢氧发动机”和“比冲性能最高的火箭发动机”三个桂冠。
经过15年不懈攻关,8台全新研制的120吨级液氧煤油发动机被装配在长征五号运载火箭的4个助推器上。液氧煤油发动机是我国单台推力最大、技术最先进、应用前途最广泛的新型动力装置,填补了我国补燃循环发动机技术空白,使我国成为世界第二个掌握高压补燃循环液氧煤油发动机技术的国家。这些发动机的威力到底有多大?专家做了个比喻,120吨液氧煤油发动机产生的最高压强能把上海黄浦江的水打到5000米高的青藏高原。
助推器由5米芯级火箭和4个3.35米长的助推器组成,为长征五号运载火箭提供竖立状态支撑和助推飞行阶段90%的推力及姿态控制。
作为长征五号运载火箭起飞的主要动力源,助推器完成了“撑得住、点得着、分得开”三大任务。
“撑得住”是指长征五号运载火箭加注完成后,助推器承担了长征五号运载火箭860多吨的重量,同时起飞段也主要依靠助推器8台120吨级液氧煤油发动机的推力,这进一步提高了火箭的运载能力,也对助推器的结构设计提出了非常高的要求;“点得着”就是指助推器的增压输送系统能够创造满足液氧煤油发动机点火的条件,并在飞行中提供稳定的推力;“分得开”就是指助推器推进剂耗尽后,芯级与助推器之间能够可靠解锁,实现助推器与芯级的安全分离。
壳体:“薄皮大馅”多储燃料
1.2毫米至2毫米,这是火箭壳体的厚度,简直“薄如蝉翼”。
壳体虽薄,但坚不可摧。火箭的外壳被称为“蒙皮”,主要材料为铝合金,强度高、耐腐蚀、重量轻、成本低,经长征三号甲系列、长征二号F等火箭飞行测试,铝合金“蒙皮”综合性能最好。
使用铝合金“蒙皮”可以为火箭减轻重量,人们形容火箭是“薄皮大馅”。一院火箭箭体结构设计师邵英翠介绍说:“长五火箭整流罩的‘蒙皮’面板厚度只有0.3毫米,在相同刚度下,火箭壳段的重量将减少10%以上。”这样,火箭就在保证坚固的前提下,承载更多的燃料,“举”起更重的卫星。
整流罩:“全景式天窗”通用不同卫星
在役火箭整流罩是金属铝结构,卫星装在里面,无法与外界通讯,整流罩上必须开个口,用透波材料打“补丁”,保持卫星与地面通讯畅通。
长征五号运载火箭整流罩直径5.2米,透波材料的泡沫层厚度只有近30毫米。整个整流罩创新性地采用全透波结构,就像开了个“全景式天窗”。
一院长征五号运载火箭结构设计副主任设计师戴政说:“以往,在役火箭承载的卫星不同,整流罩上‘开天窗’的位置、结构就不同,没有通用性。长五的‘全景式天窗’通用性强,后续设计和生产效率都将得到提高。”
贮料箱:装满深低温无害无毒燃料
长征五号运载火箭,也称“冰箭”。这是因为其体内90%以上装满了无害无毒的深低温液氢液氧燃料,其中液氢温度达-253摄氏度、液氧达-183摄氏度,几乎达到了温度的极限。
但“冰箭”不冷。其外表面温度依然可以一直保持在0℃以上,这是因为火箭的贮箱外都穿着一层“防寒服”,让火箭内部的仪器、设备、电缆等正常工作。
“防寒服”一共不到30毫米,有里有面。
“棉花”是低密度材料,有10至20毫米厚。“棉花”不能直接涂在贮箱金属表面,因为贮箱受冷收缩时,“棉花”层因收缩性能比金属小会导致脱粘,影响隔温效果。因此,“防寒服”的“里”是一层胶粘剂,不到1毫米厚,比“棉花”层更适应金属材料的热胀冷缩。“防寒服”的“面”是一层蘸胶玻璃纤维织物,0.9毫米厚,它也叫“保护层”,可以保护“棉花”不吸收外界水汽、不被损坏,更好地发挥隔温性能。