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专题—世界主要现役大火箭盘点
大国太空军事博弈既需要各种卫星,如导航卫星、对地观测卫星、对海观测卫星、预警卫星等,也需要人进入太空。而这些都需要一项能力作为支撑—“进入空间的能力”。纵观人类太空探索的历史,人类一直在克服一个难题,那就是把有效载荷从地面送到太空轨道上,这些有效载荷包括卫星、空间站等硬件装备,也包括人、植物等生命体。而大型运载火箭正是为人类提供这种“进入空间的能力”的最有效手段,同时也是彰显国力的最有力的说明。![](//pic.soolun.com/d/file/20211020/jswz20170206-1-l.jpg)
长征五号完成总装开始转运
万丈高楼,起于设计。
长征五号运载火箭的设计没有太多经验可以直接拿来,它是真正的跨代研制项目,是在一张白纸上重新画下每一根线。
运载火箭专家、中国工程院院士龙乐豪表示,长征五号火箭是新一代运载火箭的老祖宗。从这个意义上说,在我国火箭发展史上,长征五号运载火箭与长征二号运载火箭有着相似的意义。长征五号火箭启动研制是为了全面提升我国进入空间的能力,而不是以发射某个特定载荷为目标。
“以前是两地之间需要一条路,于是就修这么一条路。而研制长征五号火箭是修一条高速公路,把沿线地点都带动起来。”长征五号火箭总设计师李东说,这是设计理念上最重要的突破,表明了顶层决策的重大进步。
从2006年10月到2009年2月,用时约29个月,长征五号火箭在中国航天科技集团公司设计师的计算机里逐渐成型。
“像一棵树,慢慢长,越来越清楚。”长征五号火箭副总指挥曲以广形容这一过程。
12项核心关键技术,247项关键技术,接近100%的技术创新,从设想逐步走进现实。高可靠性、低成本、无毒无污染、高适应性、高安全性……长征五号火箭跻身国际最先进火箭之列,起步于设计理念的先进。
大火箭之大
“实现大运载能力,一靠大发动机,二靠大结构。”李东说,火箭要么“长高”,要么“长胖”,太高就变得细长,结构强度减弱。所以,大直径变成了必须突破的屏障。
设计师的难题在于,不仅要大,还要轻。与其他工业产品相比,设计火箭最关键的约束就是重量。
好钢用在刀刃上,火箭设计师将重量一边省给燃料,一边省给载荷,箭体自身则越轻越好。这一主题贯穿设计始终。
长征五号火箭副总设计师娄路亮回忆,为了给箭体减重,设计师曾经历过压力相当大的一段时间。通过智能减载、优化结构、更换材料、创新工艺等措施,他们最终成功为火箭减重。“过程当中,我们大胆趟出了很多前人没有走过的路。”
长征五号火箭的创新设计,是从总体优化开始的。
研制之初,长征五号火箭就确定了系列化、组合化、模块化的研制思路,力争以最小的投入得到最大的产出。
长征五号研制带动的大推力液氧煤油发动机、控制系统的系统级冗余等,已经被新一代运载火箭所共享。按照系列化思想,长征五号同时开展了6种构型的总体设计,从低轨道到高轨道的运载能力实现全覆盖。
最初设计时,包含5米直径芯级、3.35米直径助推器、2.25米直径助推器几个标准模块,以不同的组装方式可以实现不同的运载能力。
当年统称为长征五号火箭的6种构型中,后来分出了长征六号和长征七号,并早于长征五号访问太空。像一棵树,慢慢长,枝叶越来越繁茂。
大火箭之力
大,太大,当然是长征五号火箭与其他长征火箭相比最重要的外形特征。除了这一点,最明显的差异当属助推器的斜头锥。斜头锥有着优异的气动外形,是减少空气阻力的不二之选。
但助推器设计的高超之处,远不止如此。
研制之初,长征五号火箭总体与助推器分系统经过长时间联合论证,最终定下包括斜头锥、前捆绑主传力、助推主支撑等全新技术在内的助推器方案。当时欧洲“阿丽亚娜”-5火箭已经使用了这些技术,但大量关键技术在国内还是空白。
斜头锥和前捆绑传力,使得助推器从内而外成为一个非对称结构。箭体非对称结构比对称结构的设计更为复杂。
长征五号火箭副总指挥兼副总设计师鲍国苗说,一个长征五号助推器的研制难度,不亚于其他常规火箭的芯级。
最终,助推器研制时间长达10年,“小小的”斜头锥也经历了六七年才定型。
助推器设计的唯一宗旨,就是在起飞时提供足够大的推力,克服地球引力。以往的长征火箭,助推器依靠接近尾部的后捆绑点向芯级传力,实现较为容易,但效率不及前捆绑点传力。采用前捆绑点传力,还可以为芯级减轻负担,将节省下来的重量用于载荷与燃料。长征五号火箭果断选择了前捆绑主传力方案。
长征五号火箭竖立时,依靠4个助推器底部共12个支撑点“踮脚”站立。所以在发射瞬间,每个助推器需要將底部3个支撑点的推力最高效地传送到头锥内侧的那个前捆绑点上,带动火箭起飞。助推器内部的力“先扩后收”,轨迹复杂,设计更复杂。
鲍国苗说:“这种偏置集中力的计算,在仿真和试验时难度极大。”
难度到底多大?当他们将数字仿真计算的任务交给国内实力最强的高校时,对方起初坦言难以胜任。
可以说,长征五号火箭带动了国内复杂结构大偏置力设计、仿真与试验能力的大跨度进步。![](//pic.soolun.com/d/file/20211020/jswz20170206-2-l.jpg)
我国首枚大型运载火箭长征五号在中国文昌航天发射场成功升空
大国太空军事博弈既需要各种卫星,如导航卫星、对地观测卫星、对海观测卫星、预警卫星等,也需要人进入太空。而这些都需要一项能力作为支撑—“进入空间的能力”。纵观人类太空探索的历史,人类一直在克服一个难题,那就是把有效载荷从地面送到太空轨道上,这些有效载荷包括卫星、空间站等硬件装备,也包括人、植物等生命体。而大型运载火箭正是为人类提供这种“进入空间的能力”的最有效手段,同时也是彰显国力的最有力的说明。
![](http://pic.soolun.com/d/file/20211020/jswz20170206-1-l.jpg)
万丈高楼,起于设计。
长征五号运载火箭的设计没有太多经验可以直接拿来,它是真正的跨代研制项目,是在一张白纸上重新画下每一根线。
运载火箭专家、中国工程院院士龙乐豪表示,长征五号火箭是新一代运载火箭的老祖宗。从这个意义上说,在我国火箭发展史上,长征五号运载火箭与长征二号运载火箭有着相似的意义。长征五号火箭启动研制是为了全面提升我国进入空间的能力,而不是以发射某个特定载荷为目标。
“以前是两地之间需要一条路,于是就修这么一条路。而研制长征五号火箭是修一条高速公路,把沿线地点都带动起来。”长征五号火箭总设计师李东说,这是设计理念上最重要的突破,表明了顶层决策的重大进步。
从2006年10月到2009年2月,用时约29个月,长征五号火箭在中国航天科技集团公司设计师的计算机里逐渐成型。
“像一棵树,慢慢长,越来越清楚。”长征五号火箭副总指挥曲以广形容这一过程。
12项核心关键技术,247项关键技术,接近100%的技术创新,从设想逐步走进现实。高可靠性、低成本、无毒无污染、高适应性、高安全性……长征五号火箭跻身国际最先进火箭之列,起步于设计理念的先进。
大火箭之大
“实现大运载能力,一靠大发动机,二靠大结构。”李东说,火箭要么“长高”,要么“长胖”,太高就变得细长,结构强度减弱。所以,大直径变成了必须突破的屏障。
设计师的难题在于,不仅要大,还要轻。与其他工业产品相比,设计火箭最关键的约束就是重量。
好钢用在刀刃上,火箭设计师将重量一边省给燃料,一边省给载荷,箭体自身则越轻越好。这一主题贯穿设计始终。
长征五号火箭副总设计师娄路亮回忆,为了给箭体减重,设计师曾经历过压力相当大的一段时间。通过智能减载、优化结构、更换材料、创新工艺等措施,他们最终成功为火箭减重。“过程当中,我们大胆趟出了很多前人没有走过的路。”
长征五号火箭的创新设计,是从总体优化开始的。
研制之初,长征五号火箭就确定了系列化、组合化、模块化的研制思路,力争以最小的投入得到最大的产出。
长征五号研制带动的大推力液氧煤油发动机、控制系统的系统级冗余等,已经被新一代运载火箭所共享。按照系列化思想,长征五号同时开展了6种构型的总体设计,从低轨道到高轨道的运载能力实现全覆盖。
最初设计时,包含5米直径芯级、3.35米直径助推器、2.25米直径助推器几个标准模块,以不同的组装方式可以实现不同的运载能力。
当年统称为长征五号火箭的6种构型中,后来分出了长征六号和长征七号,并早于长征五号访问太空。像一棵树,慢慢长,枝叶越来越繁茂。
大火箭之力
大,太大,当然是长征五号火箭与其他长征火箭相比最重要的外形特征。除了这一点,最明显的差异当属助推器的斜头锥。斜头锥有着优异的气动外形,是减少空气阻力的不二之选。
但助推器设计的高超之处,远不止如此。
研制之初,长征五号火箭总体与助推器分系统经过长时间联合论证,最终定下包括斜头锥、前捆绑主传力、助推主支撑等全新技术在内的助推器方案。当时欧洲“阿丽亚娜”-5火箭已经使用了这些技术,但大量关键技术在国内还是空白。
斜头锥和前捆绑传力,使得助推器从内而外成为一个非对称结构。箭体非对称结构比对称结构的设计更为复杂。
长征五号火箭副总指挥兼副总设计师鲍国苗说,一个长征五号助推器的研制难度,不亚于其他常规火箭的芯级。
最终,助推器研制时间长达10年,“小小的”斜头锥也经历了六七年才定型。
助推器设计的唯一宗旨,就是在起飞时提供足够大的推力,克服地球引力。以往的长征火箭,助推器依靠接近尾部的后捆绑点向芯级传力,实现较为容易,但效率不及前捆绑点传力。采用前捆绑点传力,还可以为芯级减轻负担,将节省下来的重量用于载荷与燃料。长征五号火箭果断选择了前捆绑主传力方案。
长征五号火箭竖立时,依靠4个助推器底部共12个支撑点“踮脚”站立。所以在发射瞬间,每个助推器需要將底部3个支撑点的推力最高效地传送到头锥内侧的那个前捆绑点上,带动火箭起飞。助推器内部的力“先扩后收”,轨迹复杂,设计更复杂。
鲍国苗说:“这种偏置集中力的计算,在仿真和试验时难度极大。”
难度到底多大?当他们将数字仿真计算的任务交给国内实力最强的高校时,对方起初坦言难以胜任。
可以说,长征五号火箭带动了国内复杂结构大偏置力设计、仿真与试验能力的大跨度进步。
![](http://pic.soolun.com/d/file/20211020/jswz20170206-2-l.jpg)