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大力士“胖五”开启中国航天新时代

时间:2022-12-11 10:40:07 来源:网友投稿

站在2017年的头上,回首2016年,发觉那是航天领域动作频频的一年。“天宫二号”升空,“神舟十一号”飞船与“天宫二号”成功对接,航天员顺利进入“天宫二号”,完成在太空生活33天的超长任务,“长征五号”火箭首飞……虽然航天员的太空生活是大家关注的热点,但“长征五号”火箭的首次发射成功,同样掀起了一波热潮。因其胖胖的可爱外形,“长征五号”被亲昵地称为“胖五”,一时间成为“网红”,大出风头。

“胖五”会出名,可不单单是因为它萌萌的外形,还因为它的出现标志着我国从航天大国迈入了航天强国的行列。一字之差,却代表着运载火箭研制水平的一次全面升级。

“长征五号”是我国新一代重型运载火箭。它高约57米,芯级直径5米,是目前我国直径最大的运载火箭。它的起飞重量约869吨,近地轨道运载能力约25吨,地球同步轨道运载能力约14吨,与我国现役运载火箭的指标相比,有数倍的提升。国际上大型运载火箭的入门标准,是近地轨道运载能力达20吨,地球同步轨道运载能力达10吨,“长征五号”超过了这一标准,代表它已经达到了国际一流水平。

也许普通人对大火箭的意义没什么概念,那笔者就打个比方吧。人类探索太空,需要搭乘航天器挣脱地球引力进入太空。太空是一个无比辽阔空寂的地方,太阳系内行星之间的距离动辄几千万千米,航天器不可能在中途得到补给。在这种情况下,火箭运载能力越大,能运上太空的重量就越大,对航天员人数、航天器重量及可携带物资的数量等条件限制就越宽松。就像我们带着行李去旅行,搭乘的交通工具运载量越大,能搭载的人员和物资就越多,所能抵达的地方就越远。所以,“长征五号”发射的成功,开启了我国深空探测的新时代。

大力士“胖五”要“蹦”出地球,所需要的力气可小不了,因此需要为它配备大推力的发动机。在此之前,我国现役火箭发动机单台推力最大只有70吨左右,远远不能满足大型运载火箭的要求。

中国的大火箭之梦从30年前就开始了。1986年,中国科学家提出了研究发展性能先进的大型运载火箭的目标,开始进行大型运载火箭的前期论证和攻关。2000年前后,我国启动了对120吨级液氧煤油发动机和50吨级液氢液氧发动机的研制攻关。有专家打了个比方,120吨级液氧煤油发动机产生的最高压强达500个大气压,相当于把上海黄浦江的水抽到5000米的高度。16年过去,我国航天人终于自主研制出这两种发动机,并将它们装配在了“胖五”身上,让它们成为大力士的强劲心脏!

这两种发动机采用的都是低温推进剂,其中液氢和液氧的温度低至- 252℃和- 183℃。“胖五”的推进剂总加注量远超我国现役火箭,其身体90%以上的重量为深低温液氢液氧燃料(因此它又得了个“冰箭”的称号)。这保证了火箭能得到足够的推力和运载力,但是对科研能力提出了更高的要求。简单来说,“胖五”要穿上一件“防寒服”,以避免火箭的仪器、电缆等受到极低温影响而出问题。这件“防寒服”只有十几毫米厚,其主要材料叫作“低密度全闭孔聚氨酯泡沫塑料”,由近10种原材料按照一定的配比经高速撞击混合反应而成,能够帮助火箭外表面温度保持在0℃以上。

重型火箭还涉及到很多门类的科技研发,例如大直径箭体的设计和制造、高精度制导等,涉及到燃料、机械、材料、计算机等各个行业。

举个简单的例子,单单要把“胖五”的燃料运送到发射场,就得用上世界上最大吨位的平板车。这是一种特种运输车,运载能力超过1000吨,能够运输桥梁、大船等,目前只有中国和德国能够生产。

有了强劲的大心脏后,发动机还要与火箭分系统之间匹配,否则火箭会在飞行中产生振动,可能造成箭体结构损坏,令航天员感到痛苦,甚至对其生命产生威胁。因此科研人员必须突破复杂动力学建模、大型管路动态特性试验、大型低温蓄压器设计研制等方面的关键技术难关,抑制这种振动的危害。另外,如发射过程中的动力测控系统、入轨过程的雷达监视等,火箭发射的这些设备和步骤,都凝聚了科研人员的技术结晶。

曾经有科学家说,航天科技就像是引领群雁的头雁,在研制、发射航天器的过程中,一大批与之相关的高科技产业都将被带动而获得飞速的发展,并积累下宝贵的经验,从而对国家的基础工业作出重要贡献。

我们的征途是星辰大海,前往星辰大海的征途,需要坚实的科技和产业基础,而这个过程本身也将反哺于民生和科技。我们开启了航天的新时代,也将迎来更广阔的未来。

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