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2020年能否成为中国的“航天超级年”?丨亿欧问答

综合科技商业航天
亿欧
赵佳雯-EO
2020-01-10 · 21:10
[ 亿欧导读 ] 长征五号的成功,让中国拿到了一块更大的太空“敲门砖”,但太空探索故事才刚刚开始。
长征五号,运载火箭,发动机,量子科学,载人航天 图片来自“特定授权”

2019年12月27日20点45分,长征五号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空,并在2000多秒后将实践二十号卫星送入预定轨道,发射飞行试验取得圆满成功。长征五号的成功为2019年的发射任务画上了一个圆满的句号,也正式开启了一个新的征程。 

长征五号火箭于2016年11月3日首飞并获得成功。2017年7月2日,长征五号遥二运载火箭在发射时出现故障,芯一级一台发动机熄火导致发动机推力瞬间下降,火箭无声地坠入太平洋,星箭俱毁。

之后,长征五号科研团队经历了长达908天的闭关,进行了无数次的故障检测、结构改进和地面试车,终于在突破247项关键技术后迎来胜利时刻。 

我们为什么需要长征五号?

2019年,中国的航天发射总次数达34次,连续两年成为全球年度航天发射次数最多的国家。除此之外,中国北斗卫星导航系统完成了最核心的中原轨道和同步倾斜轨道卫星部署;发射了全球首颗量子科学卫星“墨子号”;两枚快舟1A火箭实现了同一发射场仅间隔6小时的快速发射;嫦娥四号登月舱、玉兔二号月球车首次实现人造航天器登陆月球背面,鹊桥中继卫星首次实现月地中继通信……其中最振奋人心的,还是长征五号的成功复飞。

在2015年以前,长征系列火箭的主力是长征二号、长征三号和长征四号的多个型号。随着中国航天的快速发展,这些火箭的运载能力开始显得“力不从心”。

据资料显示,在长征五号之前,我国近地轨道的最大运力是长征二号F载人航天专用火箭的8.6吨,地球同步转移轨道的最大运力是长征三号B/E的5.5吨,地月转移轨道的最大运力是长征三号B/E运送嫦娥三/四号任务时的3.8吨级。

长征五号遥三火箭发射成功

长征五号遥三火箭发射成功 图片来自@环球时报 

但我国规划中的“天和号”天宫空间站、超大型卫星平台东方红五号、嫦娥五号和更远距离的“萤火二号”火星探测器均需要更强的运载能力。长征五号遥三火箭的成功发射,补齐了我国重型运载火箭缺位的短板,重新开启了国人对未知宇宙的憧憬。

长征五号的研制攻关跨越了哪些“拦路虎”? 

从古至今,走向成功的道路总是充满荆棘。2017年7月,长征五号遥二火箭发射失利。经过100余天的故障排查与定位以及180余天的试验验证,长征五号遥二火箭失利原因终于确认:在复杂力热环境下,火箭芯一级的液氢液氧(YF-77)发动机中涡轮泵的局部结构发生异常,发动机推力瞬时大幅下降,最终导致发射任务失败。

长征五号遥三火箭升空画面  

长征五号遥三火箭升空画面 

YF-77发动机是我国首次研制的大推力液氢液氧发动机,瞄准的目标推力是当时在役氢氧发动机的9倍,技术跨度大。两年多以前的失利让团队“归零”,经历了漫长的测试与试车,突破了247项关键技术,3型12台全新研制的大推力发动机可提供超过1000吨的起飞推力,可顺利将870吨的长征五号送入太空。

世界现役火箭运载能力一览

根据公开资料显示,从运载能力来看,长征五号是我国运载能力最强的火箭,可实现近地轨道25吨级、地球同步转移轨道14吨级,在目前世界现役火箭中排名第三,仅次于猎鹰重型火箭和德尔塔重型火箭。 

但从首发时间和成功率来看,长征五号的表现不算亮眼。据《中国航天报》报道,经历了三次“归零”后,北京11所的设计师给出了一个综合考虑试车时长、试车次数、技术状态、试车故障等多种因素的可靠性模型,YF-77发动机的分值达到97.5即可首飞。 

且在后续航天任务的迫切需求下,长征五号的衍生型号也趋于成熟。2020年,我国或将利用长征五号乙运载火箭发射“天和号”核心舱,完成天宫二号空间站的主要构造。长征五号乙取消了第二级氢氧结构,将继续应用现有的YF-77液氢液氧核心发动机及YF-100液氧煤油助推发动机,具有更高的可靠性和安全性。

长征五号的成功对未来航天发展有何意义? 

长征五号是中国运载火箭技术研究院自主研制的新一代大型低温液体运载火箭,在国家的航天战略规划中,与天宫空间站建设、深空探测等发射任务息息相关。

此次遥三火箭发射成功,标志着长征五号火箭将加速进入工程应用阶段,是中国实现未来探月工程三期、首次火星探测、载人航天等国家重大科技专项和重大工程的重要基础和前提保障。 

其次,此次搭载的由航天五院研制的实践二十号卫星重达8吨,平台单机国产化率达100%,设计寿命长达16年,搭载了十多项国际领先的技术验证载荷。1月5日,实践二十号卫星经历了7次变轨后,在36000公里高度的地球同步轨道成功定点,这标志着东方红五号卫星平台验证取得重大突破,更预示着我国正在跻身国际一流通信卫星研发制造阵营。

当然,长征五号与现役运载火箭横向对比时可以发现,无论从发射频率和实际应用来看,中美之间仍然存在一定差距。 

美国时间1月6日,SpaceX的猎鹰9号火箭成功将60颗卫星送入太空,这在国内还未有过如此大规模的发射任务。该猎鹰9号火箭是“四手火箭”,在执行此次任务前,这枚箭体已成功进行3次发射任务并成功实现回收,全球范围内也只有SpaceX真正实现了火箭一级发动机回收,目前国内也尚未验证成功一型成熟的可回收液体火箭,还需看长征八号运载火箭的未来表现。

长征五号的成功,让中国拿到了一块更大的太空“敲门砖”,但太空探索故事才刚刚开始。2019年是中国航天的爆发之年,“超级2020”就此扬帆起航。

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