可能是华夏国的科技工作者太执着,太有责任感,把运载火箭这一人类史上最复杂的高科技产品的所有问题,都归类于自己的责任心,每逢出一点问题,就会归零从头做起,在心理上,华夏国这些可爱可敬的航天工作者,就是最能反躬自省的。这一次他们确实上当了,但情有可原,因为他们坚信,长征五号确实很难,长征五号的“难”主要是因为有这么几只“拦路虎”:
整体技术。要实现运载火箭能力的跨越式发展,整体就必须采用全新的技术。相比以往新火箭研发中30%左右的新技术比例,长征五号可以说是另起炉灶,全箭采用了247项核心关键新技术,全箭新研产品比例达90%以上。
“这么高的新技术比例意味着研制工作量增大,研制难度增大,也意味着研制风险增大。”长征五号火箭总设计师李东说。
“心脏”。运载火箭与飞机汽车一样,发动机是它的“心脏”。为了把更重的载荷送到更高更远的地方,火箭不仅需要最好的发动机,而且一支多级火箭需要不同类型的发动机。
新一代火箭首先要解决大推力问题,之前我国单台发动机推力最大的只有75吨,远远满足不了长征五号的需求。
长征五号采用了新一代无毒无污染的氢氧和液氧煤油发动机组合方式,8台全新研制的120吨液氧煤油发动机被装配在四个助推器上,两台50吨、两台9吨的全新研制的氢氧发动机分别装配在一级和二级火箭上。在研制过程中,摆在研制人员面前最大的难题就是如何攻克大推力液氧煤油发动机技术,而这个技术以前也只有斯拉夫掌握。
一些外国专家甚至认为,即使我们能设计出来,但以我们现有的材料和工艺水平,也不可能制造出来。但是华夏国航天人愣是进行了夜以继日的攻关,中间更是经历了四次发动机试车失败,甚至目睹过几秒钟内发动机就烧毁殆尽的惨状,但他们还是挺过来了,几十种新材料、一百多种新工艺被一一攻克。真可谓“一斤推力一寸金,十万马力十万人!”华夏国于是成为继斯拉夫之后第二个全面掌握液氧煤油高压补燃发动机技术的国家。
大结构。把火箭做大,把箭体直径从3.35米变为5米,并不是简简单单放大。要加工制造5米的箭体结构,需要基础机械加工、贮箱焊接、铆接等所有工装的巨大飞跃,有很多技术难题需要克服。
大结构还给地面试验带来新要求,以前的机床、试验的工位、厂房都已无法满足长征五号的大结构需求,因此长征五号的研制也带动了新的助推器分离试验、整流罩分离试验、静力试验等技术的提升。
长征五号起飞推力达到现役最大规模运载火箭的1.5倍以上,火箭各结构部段受力情况复杂。特别是要解决针对火箭助推器与芯级传力问题,单台助推器不仅要承担近200吨的芯级自重,还需在不足0.1平方米的接触面上承受300余吨的偏置集中力载荷,方案设计难度为我国运载火箭研制史上之最。
……
把如此多的技术创新汇集到长征五号身上,看上去是有些冒险的。人们都知道,研制运载火箭是个大系统工程,任何一个小毛病都有可能导致发射失败,给航天事业造成打击。
华夏国航天人却敢于设立新目标,并且有能力驾驭研发路上各种困难和复杂性的阶段,他们造就了一个强大的机制,就像一个超级流水线一样可以把种种梦想奇迹般地变成现实。
长征五号火箭是华夏国进入三强集团的入场券,从今以后,世界航天世界一分为三。
在航天领域欧洲对美国的依赖十分明显,英国脱欧后,欧洲更难自成体系,它们的技术路线也与美国比较一致,欧美只能算作一家,另二家分别是斯拉夫和华夏。
在运载火箭技术上,欧美的强项是液氢液氧发动机技术和火箭的整体集成技术,软挡是液氧煤油发动机技术,美国的重型运载火箭至今还要依靠进口俄罗斯的rd-180发动机。没有大推力的液氧煤油发动机,严重地制约了欧美研发重型和超重型运载火箭方面的进展,也使欧美的航天运载发射的成本太高。当然,也有人认为,欧美研制出新一代液氧煤油发动机并无多大问题,只是从成本考虑才买斯拉夫的。
斯拉夫在大推力液氧煤油发动机上一枝独秀,液氢液氧发动机技术略输欧美,但是斯拉夫在火箭整体综合技术上严重落后。客观地说,斯拉夫一直在吃苏联时期的老本,目前的经济总量不足,长远来看,斯拉夫要保持其航天科技领域的优势有很多的困难。
华夏国无疑是三强俱乐部中的小弟,液氧煤油发动机不如斯拉夫,而液氢液氧发动机又不如欧美,但是这两种发动机技术华夏国都有,而且火箭的整体综合技术能力一点不输欧美,华夏国运载火箭的发射成功率一直稳居榜首。总之中国的运载火箭技术比较全面平衡,华夏国虽然不是尖子生,但也不是偏科生,是从农村中出来的努力上进的好学生,班上最后成功的很可能就是他。
有了长征五号后,华夏国在空间站的建设上就有了得力的运载工具,但从长远来看,可能对华夏国的登月工程的意义更为重大。
事实上,欧盟空间组织提出建立国际月球村的设想是非常具有战略眼光的。人类必须首先征服月球,在月球上逐步地适应与我们的母体——地球非常不同的生存环境并长期生活下去,然后方能在月球上构筑前进基地,这是向深空发展的唯一正确的途径。如果我们连自已最近的邻居都搞不定,奢谈火星探索究竟又有多少意义?
更重要的是月球上有十分重要的资源——水冰(waterice),它们电解后正好是火箭发动机最需要的氢、氧燃料。由于月球表面的引力只有地球的六分之一,所以依托月球补充燃料后,火箭可以把更重的载荷运送到更远的星空,月球就是人类迈向深空最好的跳板。
在月球上建立能源矿产资源基地,也可促进国民经济的发展,建立月球基地的科学意义和军事价值更不需赘述。2004年1月,时任美国总统小布什宣布了星座计划,该计划的重要一环是重返月球。可惜这个极有远见的计划的实施一直不顺利,后来奥巴马总统上台后重返月球计划干脆被一刀砍掉。
可能命中注定,人类征服月球的重任将降于华夏民族的肩上,而长征五号的诞生让我们看到了希望的曙光。长征五号不仅可以合格地完成探月第三期工程,完成月面巡视勘察与采样返回,而且完全有能力开展月球基地建设的大量前期工作。
长征五号虽是重型运载火箭,但运载能力大约仅为超重型的美国土星五号载人登月火箭的五分之一。让长征五号担当华夏国的载人登月计划会有一定的困难,但也不是完全不可能。近期一系列的科研探索表明,可以把环月接应指挥舱和登月舱分别使用两支以上重型火箭发射到绕地轨道上,然后在轨重新装配后送往月球实施载人登月和返回。而长征五号和它的变型可能是完成实施这种接力计划的最佳候选者。“从技术上讲,华夏国航天具备了开展载人登月的基本能力。”长征五号首飞成功为华夏国载人航天工程总设计师周建平的这句话作出了最好的注解。
由于空间站技术的进步和积累,可能载人登月无需再依靠土星五号这种超重型火箭,不应再走美国阿波罗计划的老路,长征五号在建立月球基地的宏伟事业中一定是大有作为的。但是长征五号不能也不会包打天下,在月球基地建设和登陆火星工程中超重型运载火箭仍然不可缺少,这也是为什么推力为三千吨以上的长征九号的研制工作已经开始。