04.13 長征五號,艱難的抉擇(一)

提起長征五號,那是國人的驕傲,是航天愛好者和航天人口中親切的“胖五”。雖然經歷了第二次發射的失利,但絲毫掩蓋不了國人對它的信任與期待。但是,你知道嗎?長征五號從立項到定型,經歷了很多艱難的抉擇!本次系列文章,一起探討一下胖五的一些秘辛!

長征五號,艱難的抉擇(一)

長征五號

一、有關發動機的抉擇

1. 心臟病

提起發動機,軍事愛好者們就滿是眼淚啊!不管是航天發動機,還是航空發動機,都是我們的難點。很多軍迷痛稱該現象為“心臟病”。有人該說了,我們國家都能把航天員送上太空了,怎麼還說航天發動機有問題啊?

沒錯,我們的航天計劃確實取得了不錯的成績。但是,那是建立在把已有技術發揮到極致的基礎上的。我們發射天宮一號、神舟飛船以及嫦娥三號,都已經把已有火箭的運力榨乾了,再提升一點都難以實現了。而我們的嫦娥五號、空間站、貨運飛船、以及東方紅五號衛星平臺都需要更大運力的火箭。

而更大運力的火箭就需要更大推力的發動機,這是提升航天發射能力的關鍵。而在胖五立項以前,我們還沒有適合使用的大推力發動機。美俄、日歐都有,可是人家全都不賣給咱,怎麼辦,只好自己研製。可是研製什麼樣的,研製幾種?最好是先研製一種通用的,然後進行組裝配合使用。

長征五號,艱難的抉擇(一)

YF-100

2. 複雜的組合

然而,現實是,我們同時研製了兩種大推力發動機,一個是50噸級YF-77液氧液氫發動機,一個是120噸級YF-100液氧煤油發動機。而且要同時應用到長征五號上!五米直徑的芯一級只用兩臺YF-77液氧液氫發動機。四個助推器,每個使用兩臺120噸的YF-100液氧煤油發動機。助推器推力遠遠大於芯一級,為什麼呢?

要知道,多臺同一種發動機協調工作,要比不同發動機協調工作簡單得多。而且,從數據上看,顯然120噸的發動機要比50噸的發動機推力更大。為什麼不全用120噸的呢?應用YF-100的長征七號和長征六號,都在胖五哥哥之前成功試射,而且成績穩定。而YF-77,風險顯然要更高,國際上也都公認液氧液氫發動機的研製更困難。為什麼還要下這麼大功夫研製YF-77呢?

長征五號,艱難的抉擇(一)

YF-77

雖然,全部使用YF-100可以實現更大的推力,但火箭一旦升空,推力就不再是主要因素了,下來要想讓火箭飛得更高,需要更大的比衝力,也就是噴火的速度越快越好。目前比衝力最大的火箭燃料就是氫氣,氫氣在氧氣中燃燒的比衝力比其他燃料至少提高50%,而且氫氣燃料產生相同推力要比其他燃料輕很多,可以有效降低火箭的重量,提高火箭的運力。因此,長征五號選擇用10臺發動機一起發動,利用強大的推力先把火箭推起來,等助推器分離以後,再利用氫氧發動機的高比衝把火箭送到更遙遠的星空。

當然這個選擇也帶來了很多困難,比如兩種類型的發動機,點火方式不一樣,控制點火的時間也不一樣,這都要求毫秒級的準確同步。包括起飛後的控制,不同類型發動機,協調起來要比同種類型的發動機困難得多。但這個組合確實帶給了胖五最佳的功能,能實現最大運載量。

長征五號,艱難的抉擇(一)

長征五號

今天的介紹就這麼多,還有更多關於胖五的故事,下次介紹。


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