2012年7月29日，一条令人振奋的消息在伦敦奥运会的喧嚣中突围而出，迅速登上各大媒体头版。据新华社电，我国新一代大推力120吨液氧煤油火箭发动机在中国航天科技集团第六研究院点火试验成功。现场总指挥来代初表示，这标志着“长征”5号大推力火箭向首飞又迈进了关键一步，同时也为中国后续大型空间站、探月及深空探测配备了一颗强大的“心脏”。
征服航天动力“珠峰”
新一代120吨级大推力火箭发动机2000年9月通过国家立项，2001年10月转入初样研制阶段。截至2011年9月，以3台发动机验收成功为标志，航天六院共研制120吨级基本型液氧煤油发动机数十台，累计试车超过32 000秒。就在此次试验成功两个月前，国防科工局完成了对该型号发动机的项目验收，中国也因此成为继俄罗斯之后第二个完全掌握液氧煤油高压补燃循环液体火箭发动机核心技术的国家，并正式跻身大推力火箭发动机 “列强俱乐部”。
现阶段中国使用的火箭发动机单台推力是70吨左右，火箭运载能力9吨上下。最新研制的120吨级YF-100液氧煤油发动机与欧洲“阿里亚娜”5及日本H2B火箭主发动机处于同一级别，但其采用了目前世界上最先进的高压补燃循环系统，该技术被公认为是世界航天动力领域的“珠峰”。其推力比我国现有长征系列运载火箭发动机提高60%以上，运载能力是原来的3倍左右；不仅采用的推进剂、循环方式与常规发动机不同，在最高压力、涡轮功率、推进剂流量等设计参数上，也比现有发动机高出数倍。同时，此款新型发动机还具备无污染、易贮运、可重复使用等特点，其燃料成本也比常规推进剂便宜60%。
我国著名火箭发动机专家、航天六院院长谭永华介绍，新发动机在研制过程中，为了解决高低温、高压、强氧化、高转速、大功率等问题，六院与相关单位一起开发了近50种新材料，包括高强度耐氧化的不锈钢、高温合金、纳米涂层、镀层、橡胶等等，并攻关突破了30多项关键工艺，其中多项技术达到国际领先水平。
另据消息，中国在研的新一代运载火箭“长征”5号于今年5月在天津顺利完成助推器大型分离试验，这标志着中国“大火箭”初样研制阶段最重要的大型地面试验获得圆满成功。而120吨级液氧煤油发动机正是大火箭的主发动机。
中国大火箭向美俄看齐
中国大推力火箭的论证起始于1986年。“当时的主要考虑是发展大直径、高可靠、无污染的新一代运载火箭，以适应国际商业卫星发射市场和中国未来卫星发射、深空探索的更高需求。”火箭高级工程师梁小虹说。然而，正式批准研制却要到21年后，2007年5月10日，国务院审议通过了《航天发展“十一五”规划》，批准大推力火箭作为16个重大科技专项之一投入研制。
这一消息让包括梁小虹在内的航天人兴奋不已。“目前中国的火箭在200千米低轨道最大有效载荷是10吨，36 000千米高轨道最大有效载荷为5.1吨，这个运载能力和发达国家相差一半，‘长征’5号的出现无疑弥补了这一差距。”梁小虹表示，“长征”5号可以一箭双星或一箭一星发射大卫星等载荷，尤其是探月工程，其“落”、“回”两大阶段都需要大火箭的推力支持。
也正因为大火箭在中国下一阶段航天系统工程的“主角”地位，业界对其充满了期待。“神舟”飞船原总设计师戚发轫就提出：“目前最需要的技术支持是‘长征’5号大运载火箭。”而中国运载火箭技术研究院副院长鲁宇则表示：“对于世界航天领域的探月热潮，各国都在进行相关设想，我国即将于2014年首飞的‘长征’5号火箭，其运载能力将比之前的火箭提升一倍。”
从1986年论证开始，到预计2014年首飞，中国火箭工业通过28年的“长征”终于将拿出自己的5米芯级重型运载火箭。“长征”5号设计思想以通用化、系列化、组合化为重点。可搭载两种专门为其设计的火箭发动机，分别为推力120吨的YF-100液氧煤油发动机和推力为50吨的YF-77氢氧发动机。两种发动机可搭配5米、3.35米和2.25米三种芯级模块。其中5米模块包含两个50吨级的YF-77发动机，3.35米模块则包含两个120吨级的YF-100发动机。模块化设计的好处是可以根据需要把不同模块组装成不同推力的火箭，以执行不同任务。
以“长征”5号系列中最为强大的型号为例，其将以两个5米模块为主推进器，另配有4个3.35米模块助推器，火箭总推力超过1 100吨，几乎相当于将“神舟”9号飞船送入太空的“长征”2F火箭的两倍。“长征”5号如从海南文昌航天发射基地发射，将具备25吨的LEO（近地轨道）运载能力和12吨的GTO（地球同步转移轨道）运载能力，可发射20吨级长期有人照料的空间站、大型空间望远镜、返回式月球探测器、深空探测器、超重型应用卫星等。
即便是与目前世界其他航天大国最新的重型火箭计划相比，“长征”5号仍不落下风。美国波音公司的全重型“德尔它”4H火箭，LEO运载能力为24吨，GTO运载能力14吨；欧洲的“阿里亚娜”5ECA重型火箭LEO运载能力约21吨，GTO运载能力10.5吨；俄罗斯超重型“安加拉”火箭虽然LEO运载能力高达28吨，GTO运载能力却只有8吨；已经取消的日本H2A 222火箭设计LEO运载能力23吨，GTO运载能力9.5吨。也就是说，“长征”5号的LEO能力只略逊于“安加拉”，而GTO能力也仅次于全重型的“德尔它”4H。
而在航天发射活动中至关重要的可靠性上，由于“长征”5号火箭还未投入使用，难以做出准确比较，不过由于采用了更为稳定环保的液氧煤油发动机，理论上来讲可靠性会有大幅提高。中国是世界上第四个发射超过100次的宇航经济体，位列美国、俄罗斯、欧盟之后。截止2007年6月1日第100次发射时，中国“长征”系列火箭的发射成功率为93%，可供参考的数字是， 日本H2A、美国“德尔它”与欧洲“阿里亚娜”系列火箭的成功率均在95%左右。近两年中国的航天发射频率直逼美俄，按俄方统计，中国2011年的发射次数已经超过美国，仅次于俄罗斯，2012年上半年更是跃居世界首位。伴随着越来越频繁的发射，“长征”5号投入使用后，有望将“长征”系列火箭的可靠性提高至95%这一国际水平。
在研制顺利进展的同时，目前“长征”5号的批量生产工作也已有了妥善的准备。其实早在研制获批5个月后，“长征”5号火箭的产业化基地就在天津滨海新区落户。该基地按照年产12枚大推力火箭产能规划。基地建成后，将满足中国未来30～50年发展空间技术及和平利用空间的需要。
据报道，该项目总投资45亿元，规划建筑面积55万平方米，分为一期、二期工程。一期工程建设规模约20万平方米，运载火箭储箱焊接装配厂房率先开工建设。到2009年底一期工程完成时，已能满足新一代运载火箭产品试制、总装、试验等各项研制工作需要。二期工程目前正陆续投入建设中。
选择在天津建设重型火箭基地，其中最重要的考虑就是便于运输。新型大推力火箭直径超过5米，很难通过铁路或公路运到西昌、酒泉或太原卫星发射中心，“长征”5号将通过专用船舶经海路运到在建的海南文昌卫星发射中心。据了解，该发射中心有望在2014年投入使用，除了运输的考量外，火箭残骸落区安全性也很好。
“长征”5号不是终点
作为中国跻身国际重型火箭俱乐部的重要标志，“长征”5号火箭与其配套的120吨级液氧煤油发动机相关情况也一直被国外媒体高度关注。美国全国广播公司（NBC）报道称：“更加强大的‘长征’5号火箭有望帮助中国实现在2020年以前建立轨道空间站的目标，同时在中国未来探索近地轨道以外的空间时发挥重要作用。”
“美国之音”电台则展望了“长征”5号对于中国探月工程的意义，表示在“长征”5号投入使用后，“‘嫦娥’5号有望于2017年登月，并从月球表面采集两千克重的样本。”
《华尔街日报》网站分析师进一步分析了“长征”5号与中国空间站计划的联系，其认为：“中国的对接技术现在虽已成功，但空间站的建设还将面对其他严峻挑战，这包括保持人类在太空长期生存的物流问题。中国的空间站发射将主要依赖‘长征’5号火箭的顺利发展，这种火箭的首次试射将在2014年进行。”
不过即便“长征”5号已经取得了令世界瞩目的成就，中国的火箭专家们却未有丝毫的松懈。来自各方的消息显示，更加雄心勃勃的中国火箭项目正在推进中。在中国航天科技集团对外公布的《2011年度社会责任报告》中，其首次发布了“长征”9号巨型火箭的外形示意图。从图中我们可以大致了解到这种火箭远比正在研制的“长征”5号庞大得多，一些航天专家分析称这种火箭的尺寸大致相当于美国正在研制的SLS巨型火箭，其结构可能类似于美国曾经研制的“战神”V巨型火箭。一些航天爱好者则猜测中国的“长征”9号巨型火箭高达85米左右，其一级火箭采用500吨级煤油发动机，火箭起飞总重约为3 000吨，火箭采用二级半构型，近地轨道运载能力超过100吨，三级半构型地月转移轨道运载能力超过50吨。
另据中国之声《新闻和报纸摘要》报道，达到现役火箭运载能力五六倍的中国巨型火箭已经进入论证阶段。这种火箭是真正的庞然大物，其将采用8米直径芯级和3.35米直径的助推器，火箭总直径达到惊人的15米。8台发动机同时启动时将爆发出3000吨的强悍推力，可以满足登月，甚至是火星探测这样的深空任务需求。
而面对中国在重型火箭领域的飞跃式发展，另有国外别有用心者特别渲染中国未来火箭计划的军事意义。其实中国新一代洲际弹道导弹已全部采用固体燃料，虽然像“长征”5号这样的大推力火箭具有更大的载荷，如改型为导弹即意味着可搭载更多、更重弹头的战斗部，但考虑到现代战争环境下战略导弹首先需要的是在第一次核打击下的生存能力，因此对快速反应能力和机动作战能力要求更迫切，液体导弹的先天劣势决定了其逐渐将退出各国战略导弹战备值班，即便是像俄罗斯这样拥有SS-18、SS-19等成系列超大威力液体导弹的国家，其未来的发展重点也是“白杨”M和“圆锤”这样的固体导弹。因此，刻意渲染所谓“长征”5号火箭的军事意义只能是一种炒作。
除重型火箭外，中国未来用于低轨运输的中轻型火箭也将逐渐换代，并与“长征”5号及其后续型号构建起完整的新一代火箭家族，灵活应用于各类太空发射任务。据美国著名行业期刊《航空与空间技术周刊》网站报道：“目前‘长征’6号运载火箭仍然处于研制阶段，该型火箭由上海研制，能够将重量为1吨的卫星或设备发射到距离地球600千米的轨道上，预计将于2013年出厂。‘长征’7号运载火箭则是由中国运载火箭技术研究院承担研制，用于近地轨道发射，有效载荷为10至20吨。该型火箭是在著名的‘长征’2F火箭基础上开发的，将于2013年首次发射。其采用液氧和煤油推进剂以取代有毒有害的四氧化二氮氧化剂和偏二甲肼燃烧剂。该火箭在载人航天后续任务中将发射货运飞船和载人飞船，因而分为两种使用模式，长征7号无人任务时总长约52米，起飞重量579吨，近地轨道运载能力13吨；载人任务时总长约57米，起飞重量582吨，近地轨道运载能力12.5吨。”
链接 火箭燃料，固液之争还是比冲为王
液体火箭发动机是目前航天运载火箭最常见的动力形式。液体火箭发动机的优势在于燃料易于制取、通常从石油或化工原料中可以直接制成，燃烧的比冲大、推力强劲、持续性好，所以，世界上多数的大推力运载火箭都使用液体燃料发动机，像我国的“长征”系列运载火箭，绝大多数都使用液体发动机作为推进系统，少量采用的固体推进器也只是辅助手段。
但是液体火箭发动机的燃料加注和存储困难、技术要求高、同时使用风险很大，液体燃料经常伴随着高挥发性和毒性，像我国发射卫星使用的“长征”运载火箭之前主要使用偏二甲肼为燃料，这就是一种集挥发性和剧毒为一体的燃料，同时，液体火箭的体积也很大，转移和机动都很困难。
固体火箭发动机是目前小型火箭、火箭炮弹药、多数军用导弹的主流动力源，其燃料易于工业制成，同时便于存储和运输，基本没有挥发性和借助空气传播的毒性，所以安全性比较好，而且寿命很长，能够存储十多年，而液体燃料最多3个月就会变质。但是固体火箭发动机的燃烧比冲较小、燃烧延续时间较短、同时整体的燃料质量很大，所以用途受到限制。
火箭或导弹采用液体或固体燃料，并无好坏之分，主要看用途是否合适。虽说民用火箭大多采用液体发动机，但固体发动机如在轻型火箭上使用同样能发挥其优势，而采用液体燃料的重型洲际导弹更是比比皆是，如俄罗斯著名的SS-18“撒旦”。
对于重型液体火箭发动机而言，比冲是衡量发动机性能的最重要指标之一，虽然循环方式、燃烧室压和喷管设计也会影响比冲，但最直接决定比冲的还是液体燃料的选择。早期的肼类燃料，配合四氧化二氮，真空中最多也只有300秒左右比冲，而且肼类都有剧毒，四氧化二氮腐蚀性很强，目前已逐渐被淘汰。比冲更高一些的是煤油，煤油比之肼类比冲高得不多，只提高20秒左右，主要优点是廉价，同时无毒，很适合液体发动机使用。比冲更高些的是甲烷发动机，甲烷是烃类燃料中比冲最高的，不过比之煤油高出不多，同样是20秒左右，同时需要低温存储，体积比煤油大得多，费用也高不少，因此少有问津。比冲最高的燃料组合是液氢液氧，液氢燃料不要说比煤油，就是比肼类都要贵太多，而且储存体积巨大，不过液氢液氧的比冲比液氧煤油高很多，在真空普遍可以达到420秒以上，高出1/3多。对照齐奥尔科夫斯基公式，这意味着可以用少得多的燃料将载荷打入轨道。但由于液氢的昂贵，早期主要是在火箭的上面级使用，随着技术进步，液氢价格降低，新一代火箭普遍第一级也采用液氢燃料，如日本的H2，欧洲的“阿里亚娜”5等。美国更是出现了助推器也采用液氢燃料的重型火箭“德尔它”4，其性能十分优越。
责任编辑：王宏亮