「巨人」升空：萬眾矚目的長征五號，牛在哪裡？

作者：Lsquirrel

編輯：Steed

2016年11月3日，長征五號大型運載火箭從文昌發射中心101工位發射升空。

圖片來源：央視新聞

長征五號火箭是中國新一代運載火箭中運載能力最大的型號，具備近地軌道約25噸，地球同步轉移軌道約14噸的運載能力。首飛的長征五號火箭還搭載了中國目前最先進的上面級——遠征二號，將實踐十七號衛星直接送入地球靜止軌道。

這是中國從航天大國走向航天強國的標誌和里程碑。

長征五號火箭首飛箭，攝於向發射塔轉運途中。圖片來源：航空航天港 BH.Skywalker

長征五號大型火箭的出現，使中國運載火箭的運力比肩國際同類火箭——更具體地說，達到了「一人之下，萬人之上」的地位。

中國老一代運載火箭的近地軌道運力之最是長征二號F火箭的8.6噸，同步轉移軌道運力之最是長征三號乙增強型的5.5噸。由於火箭運載能力不足，天宮一號和天宮二號只能委屈地設計為8噸級的航天器，而蘇聯第一個空間站禮炮一號就是20噸級，美國更是使用土星五號火箭發射了80噸級的天空實驗室。至於靜止軌道通信衛星和深空探測器，中國同樣深受火箭運力不足的困擾，發射嫦娥三號的長征三號乙火箭不得不專門精心減重，壓榨每一分潛力。

長征五號大型運載火箭的出現，將徹底改變中國火箭運力不足的局面。具體地說，長征五號系列火箭目前包括兩種不同的型號：長征五號火箭和長征五號B火箭，前者是一種「二級半」的火箭，後者是一種「一級半」的火箭。所謂「半」指的是火箭的助推器，它們燃燒時間比中間的芯級短得多，所以被形象地稱為「半級」。

長征五號火箭起飛質量879噸，起飛推力1078噸，同步轉移軌道運載能力可達14噸，這個運力不僅比現役的長征三號乙火箭高出兩倍多，也遠高於俄羅斯質子火箭的6.9噸、日本H-IIB火箭的8噸、美國宇宙神5火箭最大的8.9噸，以及歐空局阿里安5ECA火箭的10.5噸。美國太空探索技術公司的獵鷹九號火箭理論上同步轉移軌道運力也僅有8.3噸，而設計運力更大的重型獵鷹火箭，恐怕要等到明年年中才能進行首次發射。目前，僅有美國重型德爾塔4火箭以14.22噸的同步轉移軌道運力比長征五號火箭略勝一籌。

目前的公開資料顯示，長征五號火箭直接奔月軌道的運載能力超過8.2噸，這個運力也僅次於重型德爾塔4火箭，可以發射8噸多的嫦娥五號探測器。至於火星轉移軌道的運載能力，目前官方尚未公開相關數據，不過從2020年火星繞落巡一體的探測器任務的論文推測，長征五號火箭的火星運力超過5噸，比美國獵鷹九號火箭4噸的火星轉移軌道運力高得多，也優於宇宙神5火箭和阿里安5火箭。

目前俄羅斯的質子號、美國的宇宙神5和德爾塔4火箭都有直接將衛星送入靜止軌道的能力，其中質子號火箭靜止軌道運力為3.25噸，宇宙神5火箭為3.9噸，重型德爾塔4火箭則高達6.75噸，歐空局的阿里安5火箭和日本的H-IIA/H-IIB火箭沒有直送靜止軌道的能力。長征五號火箭首飛中使用了遠征二號上面級，構成「三級半」的構型將衛星直接送入靜止軌道，直送靜止軌道的運力超過5.1噸，僅次於美國的重型德爾塔4火箭。

目前世界各國的現役火箭中，運力超過長征五號火箭的，可以說只有美國的德爾塔4重型火箭。圖片來源：spacevids.tv

長征五號B作為一種「一級半」火箭，和長征五號的主要區別是，去掉了使用液氧液氫推進劑的第二級。長征五號B火箭的整流罩長度為20.5米，比長征五號的12.3米長得多。它將用於發射中國未來空間站的天和號核心艙、夢天號和問天號實驗艙。這些艙段長度都有18米左右，只能使用長整流罩發射。長征五號B火箭的近地軌道運載能力可達25噸，是現役長征二號F火箭的兩倍半還多，這也為空間站艙段的設計和優化提供了充分的空間。

對比國外主流大型運載火箭，長征五號B火箭的近地軌道運力同樣表現出色，目前國外只有重型德爾塔4火箭以28.8噸的近地軌道運力明顯高過長征五號B火箭一頭，其他的無論是21噸的歐空局阿里安5火箭還是23噸的俄羅斯質子火箭，以及商業航天公司理論運力22噸的獵鷹九號火箭，運力上都比長征五號B火箭略遜一籌。至於日本的H-IIA和H-IIB火箭，前者最大運力只有15噸，後者也不過是19噸，如果嚴格按照近地軌道運力高於20噸的定義，甚至不能被稱為大型運載火箭。美國的宇宙神5火箭同樣如此，性能最強的的宇宙神5-551火箭也只有18.8噸近地軌道運力。

長征五號系列火箭並非僅僅是規模大運力大，它的技術跨度同樣是空前的。中國老一代火箭使用偏二甲肼/四氧化二氮組合的推進劑，這種劇毒組合具有常溫存儲和自燃的特點，對於液體洲際導彈來說是相當合適的，但對運載火箭來說就有使用費用高和危險污染大的弊端了。美蘇歐早期的運載火箭也都使用類似的肼類推進劑，但新一代火箭普遍改用無毒無污染同時性能更好的液氧煤油或是液氧液氫組合。

長征五號使用5米直徑的液氧液氫芯級捆綁4個3.35米直徑的液氧煤油助推器，分別使用兩台50噸級液氧液氫發動機和兩台120噸級高壓補燃液氧煤油發動機，第二級還使用兩台9噸級膨脹循環液氧液氫發動機，在動力系統上趕上了國際先進水平。發動機技術尤其是比沖的提高，還帶來了火箭運載係數的提高。目前長征五號火箭雖然不如美國獵鷹九號、德爾塔4等火箭，但要比俄羅斯質子號、歐空局阿里安5號和日本H-IIB火箭高得多。

未來，長征五號將擔負起發射嫦娥五號月球探測器的重任。2020年的火星探測任務，也將由長征五號發射。圖片來源：POCKN

長征五號火箭首次使用了全三維數字化研製手段，在研製技術和能力方面趕上了世界先進水平。長征五號火箭還使用了5米直徑、21米長度的大型低溫液氫儲箱，這在技術上是一個巨大的跨越，目前國外僅有5米直徑的美國德爾塔4、5.2米直徑的日本H-IIB和5.4米直徑的歐空局阿里安5火箭可以與之相比。

長征五號芯級的結構設計、製造和試驗技術，包括全自動的攪拌摩擦焊和數字化自動總裝對接技術，也都達到了世界先進水平。長征五號火箭還使用了基於匯流排技術的系統級冗餘技術，提高了火箭控制系統的可靠性和水平，它還使用了高速遙測數據傳輸技術，實現了基於陸基測控和天基測控的可視圖像傳輸，在測控技術上處於國際先進水平。

通過遠征二號上面級的使用，長征五號系列火箭形成了更靈活和更強大的發射能力，足以媲美俄羅斯使用微風M上面級的質子號火箭，中國還計劃研製多用途的多次啟動液氧液氫上面級，有望在將來和美國的德爾塔4以及宇宙神5平分秋色，也就是一種液氧液氫上面級兼顧近地軌道、太陽同步軌道、中高軌道、地球同步轉移軌道和直送靜止軌道的能力。

總而言之，長征五號火箭以其空前的運載能力和先進的技術水平，提高了中國進入太空的能力，使中國運載火箭性能和水平躋身世界第一陣營，成為中國從航天大國邁向航天強國的基礎和標誌。

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