航天科学有险阻，“胖五”苦战能过关！_风闻

2019年12月27日晚上20时45分，长征五号遥三运载火箭搭载实践二十号运载卫星从海南文昌航天发射场的一号工位发射升空。约2223秒后，与实践二十号卫星成功分离,送入近地点192千米、远地点68016千米的预定轨道，任务取得圆满成功。

 ▲ 长五遥三火箭升空现场

根据现场画面，火箭点火174.9秒后，助推器分离，大约500秒后，芯一级和二级分离，随后二级发动机点火，770秒二级发动机一次关机，由于担负直播任务的央视频道在此后中断了现场画面，我们无从得知二级发动机的二次点火时间、关机时间、末速修正关机的具体时间，但从星箭分离的约2223秒与预计的2241.2秒来看，本次发射相当顺利，基本没有遇到重大的阻碍。

▲ 长五遥三发射预计的各个时间节点

这次发射可谓是长征五号运载火箭扬眉吐气的关键时刻。在过去几年的航天发射中，没有哪一款运载火箭像长征五号一样在吸引了如此多的注意力的同时，又曾经如此地“不容乐观”。

▲ 长五遥二的发射失败，一度给整个长五项目蒙上了阴影

从技术角度来看，长征五号是中国新一代长征系列运载火箭中已经立项研制的最大型号，也是运用技术最为先进，代表了中国新一代运载火箭水平的关键型号。该型火箭以通用化、系列化、组合化为重点。可搭载三种专门为其设计的，代表中国最先进水平的火箭发动机，完全采用无毒无污染的液氢或煤油和液氧推进剂，分别为推力为120吨的YF-100液氧煤油高压补燃循环发动机、推力为50吨的YF-77燃气循环氢氧发动机和推力为9吨的YF-75D膨胀循环氢氧发动机。长征五号系列实行模块化设计，由直径为5米、3.35米和2.25米的三种模块构成。其中5米模块包含两个50吨级的YF-77发动机（芯一级）或两个9吨级的YF-75D发动机（芯二级），3.35米模块包含两个120吨级的YF-100发动机，2.25米模块包含一个120吨级的YF-100发动机。

▲ 长征五号作为中国目前推力最大的火箭，其性能足以满足我国多数航天发射所需

目前已经进行发射的是长征五号基本型运载火箭，采用二级半构型，芯级采用5米直径，捆绑4个3.35米直径斜头锥助推器，是系列中最为强大的型号。全箭总长56.97米，起飞质量878.556吨，起飞推力约1062吨，主要承担地球同步转移轨道任务，运载能力14吨，较中国原有运载火箭提升2.5倍，一举超越欧空局阿丽亚娜5、俄罗斯质子、日本H2B、美国宇宙神553等主流火箭型号。也正是因为长征五号推力巨大、性能先进，因此该系列运载火箭不仅被当做中国新一代火箭技术进展的标杆，也被赋予了发射中国一系列重型卫星、探测器以及空间站等一系列关键航天器的重任。

▲ 长五遥三发射中携带的实践二十号，也是首次成功验证的东方红五号卫星平台

然而事与愿违，长征五号在已经进行的两次发射中的表现，都远远不能算是令人满意。由于长征五号因为技术复杂，从2006年研制开始，就多次出现发射计划推迟，原定的长征五号遥一运载火箭最早计划2014年发射，随后一度推迟到2015年，最后定于2016年发射。

▲ 为了长五发射的万无一失，首发长五的试射一再推迟

2016年11月3日晚上20时43分，长征五号遥一运载火箭搭配远征二号上面级，于文昌航天发射场一号工位将实践十七号卫星发射升空。然而发射过程中二级故障提前关机，最后由远征二号上面级延长一次点火时间，将实践十七号卫星送入预定轨道。从结果上看，这次发射属于成功，但从发射过程上看，运载火箭在发射塔架上先后遭遇遭遇一级助推器氧排气管道故障和一级芯级的氢氧发动机预冷故障，被迫三次推迟发射时间；发射后又遇到二级火箭故障提前关机，显然并不是一次圆满的发射。

▲ 长五遥一一波三折的首飞背后，是长征五号的各种隐患的体现

2017年7月2日晚上19时23分，长征五号遥二火箭在文昌航天发射场一号工位搭载实践十八号卫星发射升空，火箭飞行至252秒时，飞行状态出现异常。飞行至346秒时，芯一级两台YF-77液氢液氧发动机中的一分机涡轮排气装置在复杂力热环境下，局部结构发生异常，发动机推力瞬时大幅下降，致使火箭无法达到预定飞行速度与高度，最终火箭二级与卫星在西太平洋再入，发射任务失利。

▲ 长五遥二的发射过程无疑是很多航空迷心中难以释怀的失败

一次有不小瑕疵的“发射成功”和一次彻底的“发射失败”，使接下来准备发射的长征五号遥三火箭受到了巨大的压力。由于中国航天工业接下来新一代航天器，包括“嫦娥五号”月球探测器、新一代载人飞船、“萤火二号”火星探测器、“巡天”太空望远镜以及由“天和”号核心舱、“问天”号试验舱和“梦天”号试验舱组成的中国“天宫”号空间站都要依靠长征五号系列的运载火箭发射，在许多航天器已经被制造出来，却因为火箭的研制进度问题迟迟无法投入使用的情况下，长五遇到的技术问题已经成为了中国航天工业全面升级的关键瓶颈。

▲ 已经造出来的许多航天器都被迫在地面上等待长五的成功

为了确保火箭的发射取得成功，航天工业部门不厌其烦地对火箭进行了改进，火箭工程研制队伍在全面落实故障改进措施的基础上，对芯一级发动机进行改进，改进后的芯一级液氢液氧发动机完成多次地面热试车考核，验证了改进措施的有效性。同时，涡轮排气装置的设计图纸被大幅度更改，在原零件的基础上增添了5个导流叶片，新零件材料从不锈钢改为镍基高温合金，并新采用电火花电弧复合高速数字化铣削技术及其数控机床进行生产加工……这一切在改进了火箭缺陷，提升了火箭可靠性的同时，也进一步延长了火箭的研制时间，导致原定于2018年发射的长征五号遥三火箭的发射时间也一再推迟，直到今年的12月27日，长征五号遥三火箭一飞冲天，这一瓶颈才真正被彻底突破。

▲ 作为需要两次点火的二级发动机无疑是研制中需要重点关照的

近几年来，随着中国经济水平的发展和航天科技在国民经济领域应用的不断深入，以及包括新型号长征运载火箭和快舟运载火箭在内的新生力量投入航天发射中，我国的航天发射数量在短时间内呈现出高速增长的趋势：2009年以前，中国的航天发射常年保持每年个位数或者10次左右的规模，而从2010年中国航天发射次数达到15次以后，中国航天的发射在2011年、2012年和2015年都达到了19次，并在2016年突破20次大关达到22次；2018年，中国进行了多达39次航天发射（包括一次失败的民营航天发射），年度发射次数首次超越美俄两国，成为当年世界上航天发射数量最多的国家。

▲ 各种新一代运载火箭的加入，让中国在航天发射领域迅速崛起

今年截至长征5号发射之前，中国已经进行了33次航天发射，超过俄罗斯的22次和美国的21次，连续第二年成为世界航天发射数量的冠军。作为衡量一国航天产业规模的关键性指标之一，中国在这一领域的发力和赶超，毫无疑问代表着中国航天工业在逐渐发展之后所取得的相当不俗的成绩。

▲ 在数量上取得突破的同时，质量上的进步自然极为可贵

不过在中国航天发射数量显著增加的同时，航天发射的成功率却成了舆论和坊间颇为在意的一大问题。在2011年8月之前，中国已经有连续6年的时间没有出现过航天发射失败，如果不考虑全固体的开拓者一号小型运载火箭，而单考虑长征系列运载火箭的话，则1996年8月长征三号发射中星七号通信卫星失败之后，长征系列运载火箭曾经取得连续15年，累计102次发射的成功（包括发射后补救成功）。如此高的发射成功率为长征火箭赢得了良好的声誉，也成为当时中国航天引以为自豪的亮点之一。在此之后，中国航天发射在2011年、2013年、2016年、2017年、2018年和2019年都遭遇了发射失败，而且由于此前长征五号的连续两次发射不顺利，如何确保中国航天工业继续保持“高成功率”已经成为了航天工业部门颇为看重的一个问题。

▲ 每一次发射失败的背后，都是中国航天进一步的成长

无论是从与长征五号类似的氢氧发动机大型运载火箭的研制历程来看，还是从中国自己航天运载火箭的发展历史来看，高难度、高技术的新一代运载火箭由于其高度的风险性，其研制过程从来就不是一帆风顺的：欧洲航天局上世纪90年代初研制的“阿丽亚娜5”运载火箭也是一款以氢氧火箭发动机为主动力的大推力运载火箭，该箭于1996年进行的首次发射就因火箭升空37秒后的火箭姿态控制软件出现故障，火箭发生高速的90度滚转而被迫自毁；第二次发射也由于氢氧火箭发动机喷管问题导致一级主发动机提前关闭，让卫星无法送达预定轨道；直到1998年“阿丽亚娜5”的第三次发射，火箭的主要技术问题才得到解决，并成功将卫星送入预定轨道。

▲ 同为大“冰箭”的阿丽亚娜5型火箭在早期也遭遇过可怕的失败

中国在研制本国的“长征二号”运载火箭的过程中，也曾经在早期遭遇类似的连续严重故障。长征二号运载火箭的直接技术前身就是东风-5战略洲际弹道导弹，该弹在20世纪70年代研制过程中，生产的〇一批第一枚遥测弹在1971年9月10日进行的试射中，就发生了由于弹上计算机不能适应低弹道，引发二级主发动机提前30秒关机，导弹在低弹道状态下落点比预定瞄准点远了565公里，未能完全模拟全程弹头的再入环境；〇一批第二枚遥测弹于1972年12月26日试射点火时，由于电爆管短路，导致脱落插头提前脱落，4个发动机中的1、3分机因启动活门未打开而未能点火，导弹紧急关机中止发射；该弹经维修后于1973年4月8日再次发射，因为控制系统突然断电，导弹在升空到43秒时因为失稳而自毁；〇一批第三枚导弹在1973年1月被改做运载火箭，发射我国第一颗返回式卫星，并在1973年11月被正式命名为“长征二号”，但1974年11月5日，长征二号在发射第一颗返回式卫星过程中，由于火箭控制系统俯仰通道的箭上电缆断了一根导线，导致火箭起飞后即出现失稳，20秒后坠毁。在研制该箭的航天一院进行了全面的产品质量整顿工作，详细分析了事故发射失败的原因及研制过程中发现的其他问题，并采取了相应的措施之后，1976年12月，长征二号运载火箭成功发了返回式卫星，并开创了此后长征二号系列运载火箭连续16年13次成功发射的序幕。

▲ 长征二号系列的辉煌，也是在一次次的失败中获得的

正所谓“科学有险阻，苦战能过关”，航天事业中遇到的困难、障碍甚至是暂时的挫折，都不会阻挡中国航天事业发展前进的脚步；而长征火箭“安全可靠，成功率高”的优良传统，也不能成为中国航天在面对技术跨越“因噎废食”停滞不前的理由；持续不断的科研投入，严谨客观、精益求精的工作态度，稳健推动的科学试验，最终必将推动中国航天工业继续前进，引领中国人民走向新的辉煌！

▲ 祝贺中国航天人！