论文部分内容阅读
专题—世界主要现役大火箭盘点
大国太空军事博弈既需要各种卫星，如导航卫星、对地观测卫星、对海观测卫星、预警卫星等，也需要人进入太空。而这些都需要一项能力作为支撑—“进入空间的能力”。纵观人类太空探索的历史，人类一直在克服一个难题，那就是把有效载荷从地面送到太空轨道上，这些有效载荷包括卫星、空间站等硬件装备，也包括人、植物等生命体。而大型运载火箭正是为人类提供这种“进入空间的能力”的最有效手段，同时也是彰显国力的最有力的说明。
长征五号完成总装开始转运
万丈高楼，起于设计。
长征五号运载火箭的设计没有太多经验可以直接拿来，它是真正的跨代研制项目，是在一张白纸上重新画下每一根线。
运载火箭专家、中国工程院院士龙乐豪表示，长征五号火箭是新一代运载火箭的老祖宗。从这个意义上说，在我国火箭发展史上，长征五号运载火箭与长征二号运载火箭有着相似的意义。长征五号火箭启动研制是为了全面提升我国进入空间的能力，而不是以发射某个特定载荷为目标。
“以前是两地之间需要一条路，于是就修这么一条路。而研制长征五号火箭是修一条高速公路，把沿线地点都带动起来。”长征五号火箭总设计师李东说，这是设计理念上最重要的突破，表明了顶层决策的重大进步。
从2006年10月到2009年2月，用时约29个月，长征五号火箭在中国航天科技集团公司设计师的计算机里逐渐成型。
“像一棵树，慢慢长，越来越清楚。”长征五号火箭副总指挥曲以广形容这一过程。
12项核心关键技术，247项关键技术，接近100%的技术创新，从设想逐步走进现实。高可靠性、低成本、无毒无污染、高适应性、高安全性……长征五号火箭跻身国际最先进火箭之列，起步于设计理念的先进。
大火箭之大
“实现大运载能力，一靠大发动机，二靠大结构。”李东说，火箭要么“长高”，要么“长胖”，太高就变得细长，结构强度减弱。所以，大直径变成了必须突破的屏障。
设计师的难题在于，不仅要大，还要轻。与其他工业产品相比，设计火箭最关键的约束就是重量。
好钢用在刀刃上，火箭设计师将重量一边省给燃料，一边省给载荷，箭体自身则越轻越好。这一主题贯穿设计始终。
长征五号火箭副总设计师娄路亮回忆，为了给箭体减重，设计师曾经历过压力相当大的一段时间。通过智能减载、优化结构、更换材料、创新工艺等措施，他们最终成功为火箭减重。“过程当中，我们大胆趟出了很多前人没有走过的路。”
长征五号火箭的创新设计，是从总体优化开始的。
研制之初，长征五号火箭就确定了系列化、组合化、模块化的研制思路，力争以最小的投入得到最大的产出。
长征五号研制带动的大推力液氧煤油发动机、控制系统的系统级冗余等，已经被新一代运载火箭所共享。按照系列化思想，长征五号同时开展了6种构型的总体设计，从低轨道到高轨道的运载能力实现全覆盖。
最初设计时，包含5米直径芯级、3.35米直径助推器、2.25米直径助推器几个标准模块，以不同的组装方式可以实现不同的运载能力。
当年统称为长征五号火箭的6种构型中，后来分出了长征六号和长征七号，并早于长征五号访问太空。像一棵树，慢慢长，枝叶越来越繁茂。
大火箭之力
大，太大，当然是长征五号火箭与其他长征火箭相比最重要的外形特征。除了这一点，最明显的差异当属助推器的斜头锥。斜头锥有着优异的气动外形，是减少空气阻力的不二之选。
但助推器设计的高超之处，远不止如此。
研制之初，长征五号火箭总体与助推器分系统经过长时间联合论证，最终定下包括斜头锥、前捆绑主传力、助推主支撑等全新技术在内的助推器方案。当时欧洲“阿丽亚娜”-5火箭已经使用了这些技术，但大量关键技术在国内还是空白。
斜头锥和前捆绑传力，使得助推器从内而外成为一个非对称结构。箭体非对称结构比对称结构的设计更为复杂。
长征五号火箭副总指挥兼副总设计师鲍国苗说，一个长征五号助推器的研制难度，不亚于其他常规火箭的芯级。
最终，助推器研制时间长达10年，“小小的”斜头锥也经历了六七年才定型。
助推器设计的唯一宗旨，就是在起飞时提供足够大的推力，克服地球引力。以往的长征火箭，助推器依靠接近尾部的后捆绑点向芯级传力，实现较为容易，但效率不及前捆绑点传力。采用前捆绑点传力，还可以为芯级减轻负担，将节省下来的重量用于载荷与燃料。长征五号火箭果断选择了前捆绑主传力方案。
长征五号火箭竖立时，依靠4个助推器底部共12个支撑点“踮脚”站立。所以在发射瞬间，每个助推器需要將底部3个支撑点的推力最高效地传送到头锥内侧的那个前捆绑点上，带动火箭起飞。助推器内部的力“先扩后收”，轨迹复杂，设计更复杂。
鲍国苗说：“这种偏置集中力的计算，在仿真和试验时难度极大。”
难度到底多大？当他们将数字仿真计算的任务交给国内实力最强的高校时，对方起初坦言难以胜任。
可以说，长征五号火箭带动了国内复杂结构大偏置力设计、仿真与试验能力的大跨度进步。
我国首枚大型运载火箭长征五号在中国文昌航天发射场成功升空
大国太空军事博弈既需要各种卫星，如导航卫星、对地观测卫星、对海观测卫星、预警卫星等，也需要人进入太空。而这些都需要一项能力作为支撑—“进入空间的能力”。纵观人类太空探索的历史，人类一直在克服一个难题，那就是把有效载荷从地面送到太空轨道上，这些有效载荷包括卫星、空间站等硬件装备，也包括人、植物等生命体。而大型运载火箭正是为人类提供这种“进入空间的能力”的最有效手段，同时也是彰显国力的最有力的说明。
万丈高楼，起于设计。
长征五号运载火箭的设计没有太多经验可以直接拿来，它是真正的跨代研制项目，是在一张白纸上重新画下每一根线。
运载火箭专家、中国工程院院士龙乐豪表示，长征五号火箭是新一代运载火箭的老祖宗。从这个意义上说，在我国火箭发展史上，长征五号运载火箭与长征二号运载火箭有着相似的意义。长征五号火箭启动研制是为了全面提升我国进入空间的能力，而不是以发射某个特定载荷为目标。
“以前是两地之间需要一条路，于是就修这么一条路。而研制长征五号火箭是修一条高速公路，把沿线地点都带动起来。”长征五号火箭总设计师李东说，这是设计理念上最重要的突破，表明了顶层决策的重大进步。
从2006年10月到2009年2月，用时约29个月，长征五号火箭在中国航天科技集团公司设计师的计算机里逐渐成型。
“像一棵树，慢慢长，越来越清楚。”长征五号火箭副总指挥曲以广形容这一过程。
12项核心关键技术，247项关键技术，接近100%的技术创新，从设想逐步走进现实。高可靠性、低成本、无毒无污染、高适应性、高安全性……长征五号火箭跻身国际最先进火箭之列，起步于设计理念的先进。
大火箭之大
“实现大运载能力，一靠大发动机，二靠大结构。”李东说，火箭要么“长高”，要么“长胖”，太高就变得细长，结构强度减弱。所以，大直径变成了必须突破的屏障。
设计师的难题在于，不仅要大，还要轻。与其他工业产品相比，设计火箭最关键的约束就是重量。
好钢用在刀刃上，火箭设计师将重量一边省给燃料，一边省给载荷，箭体自身则越轻越好。这一主题贯穿设计始终。
长征五号火箭副总设计师娄路亮回忆，为了给箭体减重，设计师曾经历过压力相当大的一段时间。通过智能减载、优化结构、更换材料、创新工艺等措施，他们最终成功为火箭减重。“过程当中，我们大胆趟出了很多前人没有走过的路。”
长征五号火箭的创新设计，是从总体优化开始的。
研制之初，长征五号火箭就确定了系列化、组合化、模块化的研制思路，力争以最小的投入得到最大的产出。
长征五号研制带动的大推力液氧煤油发动机、控制系统的系统级冗余等，已经被新一代运载火箭所共享。按照系列化思想，长征五号同时开展了6种构型的总体设计，从低轨道到高轨道的运载能力实现全覆盖。
最初设计时，包含5米直径芯级、3.35米直径助推器、2.25米直径助推器几个标准模块，以不同的组装方式可以实现不同的运载能力。
当年统称为长征五号火箭的6种构型中，后来分出了长征六号和长征七号，并早于长征五号访问太空。像一棵树，慢慢长，枝叶越来越繁茂。
大火箭之力
大，太大，当然是长征五号火箭与其他长征火箭相比最重要的外形特征。除了这一点，最明显的差异当属助推器的斜头锥。斜头锥有着优异的气动外形，是减少空气阻力的不二之选。
但助推器设计的高超之处，远不止如此。
研制之初，长征五号火箭总体与助推器分系统经过长时间联合论证，最终定下包括斜头锥、前捆绑主传力、助推主支撑等全新技术在内的助推器方案。当时欧洲“阿丽亚娜”-5火箭已经使用了这些技术，但大量关键技术在国内还是空白。
斜头锥和前捆绑传力，使得助推器从内而外成为一个非对称结构。箭体非对称结构比对称结构的设计更为复杂。
长征五号火箭副总指挥兼副总设计师鲍国苗说，一个长征五号助推器的研制难度，不亚于其他常规火箭的芯级。
最终，助推器研制时间长达10年，“小小的”斜头锥也经历了六七年才定型。
助推器设计的唯一宗旨，就是在起飞时提供足够大的推力，克服地球引力。以往的长征火箭，助推器依靠接近尾部的后捆绑点向芯级传力，实现较为容易，但效率不及前捆绑点传力。采用前捆绑点传力，还可以为芯级减轻负担，将节省下来的重量用于载荷与燃料。长征五号火箭果断选择了前捆绑主传力方案。
长征五号火箭竖立时，依靠4个助推器底部共12个支撑点“踮脚”站立。所以在发射瞬间，每个助推器需要將底部3个支撑点的推力最高效地传送到头锥内侧的那个前捆绑点上，带动火箭起飞。助推器内部的力“先扩后收”，轨迹复杂，设计更复杂。
鲍国苗说：“这种偏置集中力的计算，在仿真和试验时难度极大。”
难度到底多大？当他们将数字仿真计算的任务交给国内实力最强的高校时，对方起初坦言难以胜任。
可以说，长征五号火箭带动了国内复杂结构大偏置力设计、仿真与试验能力的大跨度进步。
