神秘的"冰箭",更大运载能力

文章作者:勺子 | 2016-05-05
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航天运载火箭是航天领域最重要的运载工具。目前,我国航天运载火箭的单位重量运载能力在世界上处于中等水平。我国的运载火箭优点是可靠性不错,发射纪录良好;缺点是运载能力比较小,这使得我国火箭推力与欧美火箭超过20吨级的相比,仍存在相当大的差距。

鉴于此,我国开始研制一种运载能力更大的火箭,它还有个形象的称谓,叫“冰箭”。所谓的“冰箭”,指的是使用冷藏的液氧液氢低温燃料的“长征五号”重型运载火箭。为了铸成这枚“冰箭”,我国科研人员整整花了10年时间,全面突破了12个大项、200多个关键核心技术。

那么,我们为什么要造这枚神秘的“冰箭”?它新在哪里牛在哪里?做成它要迈过哪些坎儿?未来它又将派上什么大用场7

航天大国需要大火箭

进入航天领域发展的新时期,面对国际商业卫星发射市场和国内未来卫星发射、深空探测的更高需求,同时考虑环境保护、发射安全等因素,发展我国大直径、大推力、高可靠、低成本、无污染的新一代运载火箭被提上重要日程。总体来看,长征五号运载火箭(“冰箭”)的出现主要源于两点:

一方面,现役长征系列火箭面临更新换代。火箭的结构效率、火箭发动机的推重比、火箭运载能力等衡量我国运载火箭技术基础的重要指标,都需要在研制新型火箭中获得进一步完善。

另一方面,研制大推力运载火箭是未来进行深空探测的基础,也是我国空间技术发展的必然要求。“嫦娥工程”二期和三期对月球探测的“落”“回”两个阶段工作,均需依靠这种新型大推力运载火箭。

正是这样现实的压力,直接促成了“冰箭”研制项目在2006年10月的正式立项。

而作为我国新一代运载火箭,“冰箭”采用无毒、无污染的液氢液氧推进剂,属于绿色环保大型液体运载火箭。全箭总长约60米,芯级直径达到5米,捆绑四枚3.35米直径的液氧煤油助推器,火箭起飞质量约869吨,近地轨道运载能力25吨,地球同步转移轨道运载能力14吨。

它的综合指标达到国际主流的运载火箭水平,同时也将大幅度提升我国开发利用空间资源、维护国家安全的能力,为我国未来航天科技的发展搭建更广阔的舞台。

三大亮点铸就新“冰箭”

具体来说,“冰箭”的“新”和“牛”,主要基于三点。

首先是其腰围、身材、运力的“三高”。其腰围(芯级直径)由现役长征火箭家族的3.5米达到5米,最大身高达63.2米,有20层楼那么高,近地轨道运载能力由9吨增至25吨,是我国现役火箭最大运载能力的2倍左右,绝对算得上“长征家族”里的“大个子”和“大胖子”。

“冰箭”25吨的运载能力,好比可以一次将16台小轿车送入太空。而装载我国以后准备发射的20吨左右的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,更是不在话下。

除了发射吨位的提升,“冰箭”还可以实现一箭多星的发射。一次发射更多更重的、功能更全的卫星,将在完成相同发射任务的情况下,使每次的发射费用降低20%-30%。

此外,“冰箭”在燃料上也下了大功夫。不同于目前使用化学燃料的常规火箭,“冰箭”采用液氢液氧作为推进剂,因为其燃烧产生的是水,所以实现了无毒无污染。在“冰箭”约869吨的身体里,90%是-252℃的液氢和-183℃的液氧,这已经接近低温的极限,“冰箭”一名正源于此。

最后,“冰箭”在“保持身材”上也做到了锱铢必较。因为火箭每减少3千克的自重,就能增加1千克的运载能力。“冰箭”的燃料储箱成了“减肥”的大户:由于采用2219铝合金材料,其内壁最薄的地方只有3毫米。专家表示,如果等比例缩放为我们生活中常见的鸡蛋的话,这个鸡蛋壳的内壁厚度只有正常鸡蛋壳的十万分之四。

正是这样集诸多科技成果于一身的创新设计,奠定了新一代运载火箭高水平的基础。有媒体评论称,“冰箭”的LEO(即航天器距离地面高度较低的轨道。通常用LEO载荷来判断一款火箭的运载能力)运载能力堪与欧空局阿里安5、日本H-IIA/B、俄罗斯安加拉火箭比肩。虽然运载能力只是火箭水平的一部分,但后来居上的“冰箭”,无论如何都可以真正称得上我国航天领域的“国之重器”。

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