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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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