你知道长征五号火箭为啥叫“胖五”么?
2019-12-28 08:29

你知道长征五号火箭为啥叫“胖五”么?

本文来自微信公众号:腾讯太空(ID:qqtaikong),原标题《我国长征五号遥三运载火箭发射成功!一文扫光最基本的知识盲区》,作者:乔辉,题图来自:图虫



2019年12月27日20点46分左右,我国长征五号遥三运载火箭在海南文昌发射中心发射升空,并取得成功。本次搭载的是实践二十号卫星,这是该型号火箭的第三次发射,距离上次发射已经两年多。


长征五号遥三火箭升空瞬间


两年前,长征五号第二次发射时,一级火箭出现了故障,未能把卫星送入预定轨道。因此,本次长征五号的“复飞”受到社会各界的广泛关注。


我国现役最强的运载火箭


长征五号是一款低温大型运载火箭,帮助我国实现了从中型到大型火箭的跨越和升级换代。该型火箭近地轨道的运载能力达25吨,作为对比,发射神舟载人飞船的长征二F火箭的近地轨道运载能力为8.8吨。


正在转场的长征五号火箭


我们再来看一下长征五号的其他参数:地球同步转移轨道的运载能力为14吨,地月转移轨道的运载能力为8.2吨,地火转移轨道的运载能力超过5吨,在世界现役运载火箭中名列前茅,这为我国将来空间站的建设、月球和火星任务都提供了重要保障(本文最后一部分有对世界大型火箭的排名)


多高?多粗?多重?什么样的构型?


长征五号火箭高57米,重约879吨,地面起飞总推力约1052.4吨(严格来讲应该为10524千牛,用吨表示是为了便于直观理解)。因为火箭的推力大于重力,所以就能加速往上飞了。


长征五号火箭的构型(模型)


长征五号由芯一级、芯二级和四个助推器组成,芯级火箭的直径达5米,四个助推器的直径均为3.35米。火箭整体看起来比较粗大,因此有“胖五”的昵称。


长征五号每个助推器上都有两台火箭发动机,芯级火箭也是两台发动机,从底部看,共10台发动机。


冰火两重天,采用低温无毒推进剂的“冰箭”


大家是否有注意到,在我国用长征三号乙火箭发射嫦娥三号和嫦娥四号探测器的时候,在画面上能够看到棕红色的烟雾升起来?这是因为长征三号乙运载火箭采用的是四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂,其中四氧化二氮为氧化剂,偏二甲肼为还原剂。棕红色烟雾是由于四氧化二氮泄露出来后,变成二氧化氮的结果。


长征三号乙运载火箭发射嫦娥四号的情景


采用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂的优点是能够在常温储存,对技术要求低;缺点是有一定的毒性,费用高,且火箭的“比冲”相对较低。所谓的比冲,可以定性理解为,消耗单位质量的推进剂能够给火箭带来多少新增动量,这其实与火箭的喷气速度成正比。


长征五号则采用无毒无污染的液氧、液氢和煤油作为推进剂。具体来说,芯一级和芯二级都采用的是液氧和液氢作为推进剂,四个助推器均采用液氧和煤油作为推进剂。


NASA工程师在向容器中倾倒液氢


我们知道,液氧的沸点是零下183摄氏度,而液氢的沸点更是惊人的零下253摄氏度,仅高于绝对零度20度(绝对温度为零下273摄氏度),是名副其实的“冰箭”。


淡蓝色的液氧


处于低温状态的液氢和液氧像是难以驯服的怪兽,大型低温火箭的研发难度是非常高的。当然,氢氧火箭的优点也是非常明显的,那就是比冲非常高,能够用更少的火箭燃料把更多的载荷送入太空,无论燃料本身,还是燃烧生成的水蒸气,都是完全绿色无污染的。


用途广泛,想象空间很大


文章开始部分我们也有提到,长征五号的运载能力很强,分别能够把25吨、14吨、8.2吨和5吨的载荷送入地球近地轨道、地球同步转移轨道、地月转移轨道以及地火转移轨道。这就为我国将来的空间站建设,大质量通信卫星的发射,月球探测器的发射,火星探测器甚至大型空间望远镜的发射奠定了基础,未来的想象空间很大。


火星车与着陆巡视器外观设计构型图


根据官方资料,仅2020年等待长征五号的发射任务就有:新一代载人飞船的测试;中国火星探测器;嫦娥五号月球探测器。


第一次飞行和第二次飞行


长征五号的首飞是2016年11月3日,当时也是一波三折。由于飞控计算机出现问题,最后光倒计时就被打断了三次,当时笔者有幸去发射现场观摩,记忆深刻。最终,长征五号顺利发射,但其搭载的“上面级”远征二号火箭和卫星入轨不是太精确,多亏了远征二号火箭的轨道修正,最终把卫星送入了预定轨道。


“上面级”火箭是一种运载工具,是在原有火箭的上面增加相对独立的一级,功能它类似于“太空摆渡车”。在没有上面级火箭的情况下,运载火箭先把卫星送入“转移轨道”,卫星再通过自身动力变轨到达工作轨道。这个过程不仅需要消耗数吨燃料,且往往耗时较长。“上面级”不一定每次都有,视具体发射任务决定。


长征五号的第二次飞行是2017年7月2日,那次由于芯一级液氢液氧火箭发动机在起飞后不久就出现问题,没能把卫星送入预定轨道。


海南文昌发射中心的地理优势是什么?


海南文昌发射中心位于海南省文昌市龙楼镇境内,是我国首个滨海发射中心,也是世界上为数不多的低纬度发射场之一。


该发射中心可以发射长征五号系列火箭和长征七号运载火箭,主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。


文昌航天发射中心作为低纬度滨海发射场,能够借助接近赤道的较大线速度,使火箭燃料消耗减少。据悉,同型号火箭运载能力可提升10%。除此之外,该发射中心还有利于通过海运解决大型火箭的运输难题,并提高残骸坠落的安全性。


长征五号在世界现役火箭中排名第几?


世界现役的大型运载火箭,从左到右分别是:重型猎鹰、重型德尔塔4、长征5号、质子M和阿丽亚娜5火箭


放眼世界,头把交椅非SpaceX公司的重型猎鹰火箭莫属,其近地轨道的运载能力可达63吨以上;其次是美国联合发射联盟的重型德尔塔4火箭,近地轨道运载能力为28.7吨;然后是长征五号火箭,近地轨道运载能力25吨,接着是俄罗斯的质子M火箭,近地轨道运载能力23吨。最后是欧空局的阿丽亚娜5火箭,近地轨道运载能力为21吨。


本文来自微信公众号:腾讯太空(ID:qqtaikong),作者:乔辉

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