中國最大運載火箭長征五號三個鮮為人知的細節

　　終於，中國擁有了自己的大火箭。今天，有著中國最大火箭之稱的長征五號成功首飛，這標誌著我國運載火箭實現升級換代，運載能力進入國際先進行列。

　　那麼，這個長征火箭家族 “身材最高”、“腰最粗”、“力氣最大”的大傢夥，除了是能托舉25噸貨物的大力神，渾身上下還有哪些鮮為人知的本事？中國青年報中青線上記者採訪有關專家進行揭秘。

　　火箭起飛也“漂移”

　　看過邁克爾傑克遜太空漫步的，都知道一個動作叫“漂移”，不過這個動作並非舞步專屬，長征五號大火箭起飛時也有。

　　根據中國航太科技集團公司中國運載火箭技術研究院長征五號火箭設計人員何巍的介紹，在長征五號點火起飛瞬間，會有一個橫向的搖擺，其搖擺的幅度，受起飛瞬間風力、發動機安裝微小偏差等影響。

　　長征五號身高近60米、體重近900噸、起飛推力近千噸，相比其他“小個頭”的火箭，其橫向搖擺會更大。

　　古語“天有不測風雲”説的是氣象不可預測，如今也是，未來長時間的氣象、發射臺附近區域小環境的氣象很難預測。今年，海南頻發大風警報，風更多也更大，給長征五號的首飛增加了難度。

　　何巍説，為了降低風對“起飛漂移”的影響，提高火箭漂移的裕度（指留有一定餘地的程度，允許有一定的誤差——記者注），航太人調整了發射臺支撐結構。

　　火箭起飛瞬間，發動機噴管噴出火焰，“漂移”就從這裡開始。站在發射塔架前可以看到，火箭腳下的12個“支撐臂”支撐火箭站立，火箭最底端距離地面11米，調整後，這個距離將變成11.3米，站得更高。

　　根據中國航太科技集團公司一院發射臺系統設計員吳夢強的説法，當前支撐臂與噴管間橫向距離約200毫米，要提高裕度，型號設計人員要改變附著在支撐臂上的機械結構“身材”，讓測力感測器座、牽制座等變得“細長”。

　　與此同時，把火箭抬高300毫米，讓噴管與支撐臂縱向距離更遠。火箭擺桿的位置與火箭是固定的，支撐臂高了，勤務塔上的6個擺桿位置也要“長個兒”300毫米。

　　長征五號合練箭轉場後，平臺上6個小紅房子吸引了大家的目光，它們是火箭的“尾端服務塔”，用於保護火箭芯一級和助推器的加泄連接器。

　　吳夢強説，在這次裕度的調整中，其中4個紅房子加高了“房頂”，讓內部的設備更高地利用空間，還有一個尾端服務塔變高的同時變細了，也因此，這個紅房子也將成為“建築面積”和“使用面積”最小的一個。

　　他説，有了這些調整，長征五號原來站在11米高支架上的火箭，將再“上”一個0.3米的“臺階”，而站得更高，是為了飛得更好。

　　箭殼“薄如蟬翼”卻堅不可摧

　　看到長征五號這個身高數十米的龐然大物，很可能讓人産生一種誤解：這個大火箭的外殼肯定特別厚重，才能足夠堅固。

　　但事實上，常用的火箭殼體“蒙皮”（火箭的外殼專業術語——記者注）的厚度僅在1.2毫米~2毫米，而整流罩的“蒙皮”最薄處僅有0.3毫米。

　　打了一個比方，如果把火箭比作一個成年人，把殼體比作成年人的外衣，那麼這層外衣可謂“薄如蟬翼”。

　　那麼，這個所謂的“蒙皮”為什麼這麼薄？它能保證火箭的堅固性嗎？

　　根據中國航太科技集團公司中國運載火箭技術研究院火箭箭體結構設計師邵英翠的説法，“蒙皮”的主要材料為鋁合金，這種材料強度高、耐腐蝕、重量輕、成本低，在長征三號甲系列、長征二號F等火箭飛行過程中綜合性能最好，是做“蒙皮”的最佳選擇。

　　更為重要的是，鋁合金材料輕，可以為火箭減輕重量，人們形容火箭是“薄皮大餡”，“蒙皮”薄了，就可以裝更多的燃料，“舉”起更重的衛星。

　　當然，除了保證火箭外殼輕薄，更要保證它堅不可摧。為此，中國航太科技集團公司中國運載火箭技術研究院的設計人員在設計時，會在“蒙皮”內部用一個個框環和桁條組成一個圓柱型的框架，把框架與蒙皮鉚接在一起，組成火箭的一個殼段。

　　邵英翠説，火箭“蒙皮”很薄、很軟，但根據受力分析進行科學計算、結構優化後，用鉚釘把“蒙皮”和框架固定，每一殼段有上千個鉚釘，這樣就保證了整體結構的強度和剛度。她還表示，在發射過程中，無論受到哪個方向的外力，都不會影響火箭的飛行。

　　不過，如果“蒙皮”過薄，靠不斷加密內部框架來保證堅固性的話，反而會使殼體重量增加，達不到預期效果。也因此，設計人員要計算出“蒙皮”和框環、桁條的最佳配比，既保證用最少的材料，又保證箭體堅固、可靠。

　　長征五號大火箭整流罩的“蒙皮”面板厚度只有0.3毫米，在相同剛度下，火箭殼段的重量將減少10%以上。根據箭體結構設計人員李操的説法，這樣，火箭就能在保證堅固的前提下，裝上更多的燃料，把有效載荷順利送入軌道了。

　　“冰箭”不冷

　　很多火箭迷都知道，長征五號被稱作“冰箭”，這是因為火箭肚子裏裝了滿滿的深低溫液氫液氧燃料，其中液氫溫度達-253℃、液氧達-183℃，幾乎達到了溫度的極限。

　　鮮為人知的是，儘管火箭體內90%以上都是這種深低溫燃料，但火箭並不冷，它的外表面溫度依然可以一直保持在0℃以上。

　　原來，航太人在火箭的貯箱外套了一層“防寒服”，讓火箭內部的儀器、設備、電纜等正常工作。可別小看這層“防寒服”，儘管只有不到30毫米的厚度，卻是給火箭保持體溫的利器。

　　根據中國航太科技集團公司一院703所防隔熱材料設計師申雄剛的説法，“防寒服”中的“棉花”層是低密度材料，厚度為10毫米~20毫米，這層“棉花”有“裏”有“面”。如果它直接涂在貯箱金屬表面，貯箱受冷收縮時，“棉花”層因收縮性能比金屬小會導致脫粘，影響隔溫效果。

　　“防寒服”的“裏”是一層膠粘劑，不到1毫米厚，比“棉花”層更適應金屬材料的熱脹冷縮，且摩擦力大，能同時與金屬材料的貯箱和“棉花”完美貼合，設計人員又叫它“緩衝層”。

　　“防寒服”的“面”是一層蘸膠玻璃纖維織物，有0.9毫米厚，也叫保護層，可以保護“棉花”不吸收外界水氣、不被損壞，更好地發揮隔溫性能。

　　申雄剛説，“棉花”層由近10種原材料按照配比高速撞擊混合反應而成，而這近10種材料分成兩組，都是液體，就像“哥倆好”膠水一樣，一旦混合，會在10秒鐘之內發生發泡反應，固化成形。

　　值得一提的是，長征五號的“棉花”層與其他火箭不同，因為選用了新型發泡材料，其他材料的比例等也變了。申雄剛説，材料研製人員做了千余次試驗，研究新型“棉花”層的性能。

　　在“穿衣”前，研製人員還要先給長征五號拍個“3D”照片，這樣它所有的形狀資訊都包含在了這張“照片”中。如此複雜的工序下來，“冰箭”這款又薄又隔溫的“防寒服”才可以在加注後大顯神通，讓“冰箭”不冷。