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《焦点访谈》 20160423 长征五号 十年磨一“箭”

来源:央视网2016年04月23日 20:22

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央视网消息(焦点访谈):2016年4月24日,也就是明天,是第一个“中国航天日”。所以在今年设立这样的纪念日,很大程度是因为今年是中国航天事业开创60周年。60年前,钱学森向中央提出了《建立中国国防航空工业的意见》,中国航天事业就从这一纸报告、一个梦想起步,到今天,已经洒下繁星满天。把这些航天器送上太空的,靠的是我们的长征火箭。航天日前,我们的记者有幸进入了中国最先进的长征五号运载火箭的生产基地。一想到那么粗的火箭装满燃料、一飞冲天时发出的轰鸣,即使它此刻是安静的,也能让人热血沸腾。

在位于天津的中国新一代运载火箭的总装车间,已经完成全系统合练任务的长征五号试验箭正横卧在这里。航天科技集团一院长征五号火箭总设计师李东介绍:“这是我们国家正在研制的,起飞规模最大、技术跨度最大、运载能力最大的一枚大型运载火箭,它的能力和国外现在主流大型运载火箭是相当的。”

长征五号运载火箭大,首先体现在它的外形巨大,箭体直径达5米,这是目前我国研制火箭中直径最大的,而目前我国现役火箭箭体直径最大的只有3.35米。

李东说:“不要小看这个箭体结构从3 .35米到5米的跨度,这是一个质的飞跃,不是一个简简单单的放大。从设计的能力、仿真的手段,加工制造一直到地面各种试验,都是一个飞跃。比如说箭体结构制造,要加工制造5米的箭体结构,要从基础的机械加工、贮箱的焊接、铆接所有的工装都是一个大的飞跃,都有很多技术难题克服,可以带动相关产业的发展,有的甚至够到了我们国家基础工业的天花板。”

和以往的长征系列火箭相比,长征五号外形设计突出的改变就是,整流罩采用了特别设计的冯卡门曲线外形,4个助推器头部都采用了斜头锥造型,总设计师李东告诉记者,这些设计都是为了减少空气阻力,让火箭获得更大的运载能力,研制这个斜头锥造型就历时六、七年。

长征五号运载火箭2006年国家正式批准立项研制,可谓十年磨一“箭”。航天人俗称长征五号为“大火箭”。这个大家伙的运载能力到底有多大呢?总设计师李东告诉记者,长征五号火箭起飞质量约878吨,具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力,比现役火箭的运载能力提升了2.5倍以上。如果“首飞”成功,长征五号将完成质的飞跃,大幅提升我国自主进入空间的能力,把中国火箭送入包括美国和俄罗斯在内的世界主流火箭阵营。中国未来的载人空间站、探月工程三期、以及火星探测,都将使用长征五号运载火箭。

总设计师李东告诉记者,和以往火箭相比,长征五号运载火箭是一枚全新研制的火箭,核心技术具有完全自主知识产权。全箭采用了247项核心关键新技术,新技术比例几乎达到100%。而国际上研制新型火箭,包括卫星飞船,采用新技术的比例一般不超过30%。当时接到这个研制任务,李东感到压力巨大。

火箭研制是一个高风险的事业。长征五号运载火箭不仅块头大,而且技术新,意味着它比以往任何一个型号的长征火箭都要复杂。以往长征火箭使用零部件最多几万个,而长征五号使用的零部件达十几万个。它的设计量是以往火箭的3.5倍以上。为了应对这个新挑战,长征五号采用了全新的全数字化三维设计方法,细到每一个螺钉的大小和位置都能一目了然。

航天科技集团一院长征五号火箭总体主任设计师何巍介绍:“开展数字化设计工作最大的好处就是把所有的模型都建立成为三维的,这样大幅缩短了我们工作量。举个例子,传统火箭要做一个装配的话,必须得把所有的产品全都生产制造出来才能进行实体装配,确认这些产品之间是否是合适的。但是对于长五来说有了三维模型设计以后,我就进行全数字化的三维装配工作,这样就可以节省掉一个实物装配的工作量,大幅提高了我们的效果和效率。”

十年磨一“箭”。据不完全统计,十年中,有上万航天人参与了长征五号的研制,进行的各类试验也不下千次。而十年,仅仅是从国家正式批准立项算起,实际上,长征五号的前期论证和攻关早从30年前的国家863计划就开始了。而被称为火箭的心脏的大推力发动机早在15年前就已经立项开始研制了。

大火箭离不开大推力。长征五号火箭立起来有20层楼高,起飞质量约878吨,要托举这么重的大家伙,需要大推力的发动机。我们现役火箭发动机单台推力最大只有70吨左右,远远不够。经过15年不懈攻关,8台全新研制的120吨液氧煤油发动机被装配在4个助推器上,4台全新研制的氢氧发动机在一级和二级火箭上各装配了两台。长征五号全箭起飞时总推力达1060吨,主要来自8台液氧煤油发动机。120吨液氧煤油发动机的威力到底有多大?专家打了个形象的比喻,120吨液氧煤油发动机产生的最高压强达500个大气压,相当于把上海黄浦江的水打到5000米高度的青藏高原。而当初国内外都不看好中国能够研制成功120吨液氧煤油发动机。

面对全新的发动机,研制团队开始了夜以继日的科技攻关,几十种新材料、一百多种新工艺一一被攻克。然而,发动机的启动成为摆在研制团队面前最大的难关。

航天科技集团六院副院长周利民表示:“启动阶段它是整个发动机处在不稳定的动态过程里, 因为转速从静止状态转到几万转,温度要从常温从低温下要进入到高温下,我们的控制时序都是以毫秒级来控制动作的,任何一个配合不好,没达到预想的结果都可能导致失败。”

让研制团队备受打击的是,发动机样机研制出来后试车的结果,成为所有人的恶梦。连着4次发动机试车,均遭失败,两次起动爆炸,两次燃气系统烧毁。

经过近半年紧张艰苦的攻关,研制团队终于摸清了发动机试车失败的根源和发生爆炸的不同机理,通过仿真优化,选定了最理想的启动方案和程序,发动机终于试车成功。

制服了发动机这只拦路虎,2012年,研制团队又遇到了一只更大的拦路虎。长征五号第一次做新研制的贮箱静力试验,就遭遇失败。贮箱是火箭的关键设备,用来装载火箭燃料推进剂。长征五号采用无毒无污染的零下183℃的液氧和零下252℃的液氢作为推进剂,因此,它还有个形象的称谓,叫“冰箭”。这些超低温的液态推进剂就分别贮藏在巨大的箭体贮箱之中,通过内部加压输送给发动机。

航天科技集团一院长征五号火箭副总设计师杨虎军介绍,液氮液压强度试验的时候,贮箱的焊缝出现了一道裂缝,大概有300毫米,在实际飞行当中如果出现这个破裂的话,整个箱体的结构会失稳,这样飞行就会失败,后果严重。

推进剂贮箱直径达5米,为了减轻重量,箱体最薄的地方只有几毫米。研制这么大直径的薄壁低温贮箱,对于中国航天人也是第一次,而且采用的铝合金材料也是全新的,这意味着以往小直径低温贮箱的研制经验无法复制。研制团队经过3年反复试验攻关,终于搞清了焊缝出现裂纹的机理和原因。通过改善受力设计和焊接工艺的综合办法,终于攻克了这个难题。

2015年4月,改进后的长征五号所有的低温推进剂贮箱都经过了压力考核。

长征五号虽然采用全新技术,研制复杂程度超过以往任何一个型号的长征系列火箭,但它的设计可靠性却是最高的。我国现役火箭设计可靠性最高的是0.97,而长征五号设计可靠性达到了0.98。

为了达到0.98的高可靠性,长征五号的核心控制仪器普遍采用了三取二的冗余技术。所谓三冗余,通俗地讲就是有三个同样的仪器互为备份。

十年的研制,无数次的试验失败和攻关,迎来的是中国火箭技术的巨大跨越。长征五号的研制不仅标志着长征系列火箭的升级换代,而且带动了整个研制平台和产业链的更新,与之匹配的天津新一代运载火箭制造基地和海南发射场都是新建的。因为直径太大,传统的火车运输已经无法完成,只能通过海运到达发射场。从去年9月开始,长征五号已经进行了130多天的发射场合练。所谓合练就是把整个火箭发射流程走一遍,除了不点火,其他都按照正式发射的要求进行。目前,长征五号运载火箭正在天津总装车间按计划进行总装,准备迎接今年下半年的首飞大考。

长征五号总设计师李东表示:“今年的第一次发射,将是对这个火箭总体技术的合理性、可行性、系统之间的协调性、载荷环境的适应性,是一个全面最真实的考核。对我们来说就好像一个十年寒窗的学子要参加高考一样。我们的目标是一定要确保100%的成功,这是我们工作的目标,也是国家对我们,也是我们自己对我们的要求。”

中国航天60年,按照中国的传统,这是一个大日子,是新的甲子的开始。在这样的时候,中国人都忘不了一件大事——告慰先人。同样,今天,我们也必须提到这样一些人:这是一座建在戈壁滩上的烈士陵园,里面埋着700多位中国航天事业的前辈。他们还有很多战友,没把墓碑建在这里,也把青春留在了戈壁。是他们,用生命,为中国航天事业铺就了前进的路、架起了通天的梯,没有他们的“长征”,就没有今天的“长征五号”。他们“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”,设立中国航天日是国家的“特殊需要”,这些“特别”应该就是对这种“特殊”最好的诠释。

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来源:央视网

更新时间:2016年04月23日 20:22

视频简介:本期节目主要内容: 2016年4月24日,也就是明天,是第一个“中国航天日”。要实现航天梦就必须将航天器送上太空,这就要靠火箭。航天日前,我们的记者有幸进入了中国最先进的长征五号运载火箭的生产基地。今天的节目将为您揭秘运载能力比现役火箭提升2.5倍的中国最大的火箭。 (《焦点访谈》 20160423 长征五号 十年磨一“箭”)

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