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【解读】没有失败的航天不叫航天——“胖五”发射没成功,解码背后原因

环球物理  · 公众号  · 物理  · 2017-07-05 21:26

正文


中国航天任务罕见地出了意外。

新华社消息,7月2日19时23分,我国在中国文昌航天发射场组织实施长征五号遥二火箭飞行任务,火箭飞行出现异常,发射任务失利。后续将组织专家对故障原因进行调查分析。

因为“块头大”,长征五号系列火箭又被称为“胖五”。这次是它第二次执行发射任务,也是今年下半年探月三期嫦娥五号月球探测器发射前,最后一次实战演练。一旦成功,就意味着长征五号运载火箭工程研制圆满收官,进入正式应用阶段。

然而,发射失利,原本设计好的节奏一下子被打乱了。

7月2日,海南文昌,长征五号遥二火箭发射任务失利。(CFP 图)

“老大哥”不容易

很多中国人对任务失败的第一反应都是震惊,毕竟火箭发射失利这种事情在中国确实少见。

在“胖五”诞生之前,长征系列运载火箭共实施了237次发射,发射成功率高达97%左右;而对比国际数据,从1957年到2015年,全球共发射5400多次,平均发射成功率是91.5%。这样看来,长征“大家族”的表现一直都很好,也很容易让人形成一种错觉:但凡长征火箭发射,必定是成功的。

1974年11月5日,酒泉卫星发射中心,长征二号运载火箭首次发射失败。(CFP 图)

但“胖五”之前,中国航天火箭发射成功率高,是建立在火箭运力较小、型号较老基础之上的。

而“胖五”,与之前的老旧型号是不同的。

在新一代成员里,“胖五”是最先启动研制的,可以说是“老大哥”了,但是它却比长征六号和长征七号诞生更晚,主要是因为有几只“拦路虎”:

其一,整体技术。要实现火箭运载能力的跨越式发展,就必须采用全新的技术。相比以往新火箭研发中30%左右的新技术比例,长征五号可以说是“另起炉灶”,全箭采用了247项核心关键新技术,新研产品比例达到90%以上。“这么高的新技术比例意味着研制工作量增大,研制难度增大,也意味着研制风险增大。”长征五号火箭总设计师李东说。

其二,“心脏”。与飞机汽车一样,运载火箭的发动机就是它的“心脏”。为了把更重的载荷送到更高更远的地方,火箭不仅需要最好的发动机,而且一支多级火箭需要不同类型的发动机。之前我国单台发动机推力最大的只有75吨,远远满足不了需求。长征五号采用了新一代无毒无污染的氢氧和液氧煤油发动机组合方式,8台全新研制的120吨液氧煤油发动机被装配在四个助推器上,两台50吨、两台9吨的全新研制的氢氧发动机分别装配在一级和二级火箭上。

在研制过程中,摆在研制人员面前最大的难题就是如何攻克大推力液氧煤油发动机技术,而这个技术以前也只有俄罗斯掌握。但是中国航天人进行了夜以继日的攻关,中间更是经历了四次发动机试车失败,甚至目睹过几秒钟内发动机就烧毁殆尽的惨状,但他们还是挺过来了,几十种新材料、一百多种新工艺被一一攻克。

7月2日,海南文昌,“胖五”发射失利后,天空留下白色的烟雾。(CFP 图)

其三,大结构。把火箭做大,把箭体直径从3.35米变为5米,并不是简简单单放大。要加工制造5米的箭体结构,需要基础机械加工、贮箱焊接、铆接等所有工装的巨大飞跃,有很多技术难题需要克服。

大结构还给地面试验带来新要求,以前的机床、试验的工位、厂房都已无法满足长征五号的大结构需求,因此长征五号的研制也带动了新的助推器分离试验、整流罩分离试验、静力试验等技术的提升。

长征五号起飞推力达到现役最大规模运载火箭的1.5倍以上,火箭各结构部段受力情况复杂。特别是要解决针对火箭助推器与芯级传力问题,单台助推器不仅要承担近200吨的芯级自重,还需在不足0.1平方米的接触面上承受300余吨的偏置集中力载荷,方案设计难度为我国运载火箭研制史上之最。

把如此多的技术创新汇集到“胖五”身上,看上去像是一场冒险。

地球的资源和太阳的寿命都是有限的,人类要想超越这个大限生存下去,就必须移民其他星球。因此,太空探索是全人类共同的事业,担负着人类存续的重任。

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