长征五号世界排名第几？为什么本次发射如此重要？

Posted 2020-11-26

腾讯科技 文/林文杰
　　本次长征五号遥三与实践二十号任务为 2019 年中国航天发射收尾，且又是长征五号复飞后第一次发射，因此备受瞩目。
　　长征五号是在 2002 年原国防科工委确定的“一个系列、两种发动机、三个模块”思路下诞生的，2006 年立项批复。所谓的一个系列是研发一系列运载火箭；两种发动机指的是 120 吨推力的 YF-100 和 50 吨推力的 YF-77 发动机；三个模块是研发出长征五号、六号和七号，近地轨道运载能力上限达到 25 吨，同步轨道运载能力上限达到 14 吨。结果十多年的预研、研发和测试，长征五号在 2016 年第一次发射成功，让中国跻身能够研发、制造 20 吨级运载火箭的国家。
　　<strong>长征五号世界排名第几？</strong>
　　长征五号火箭作为 20 吨级的近地轨道运载能力的火箭，在世界上排名如何？我们不妨来看看，长征五号近地轨道运载能力为 25 吨，也就是说能把 25 吨的货物送到距离地面几百公里的轨道上。
　　世界火箭家族中能够做到这一点的有美国的重型猎鹰火箭近地轨道运载能力为 63 吨；宇宙神V火箭，宇宙神 551 火箭在捆绑 5 枚固体助推器的情况下，可将 18 吨的货物送到近地轨道；美国的德尔塔 IV 运载火箭可将 28 吨的货物送到近地轨道；俄罗斯的质子M火箭的近地运载能力为 23 吨；俄罗斯安加拉火箭的近地轨道运载能力为 24 吨，日本H-IIB 运载火箭尾 16 吨。
　　从以上对比可以看出，长征五号火箭在现役世界火箭中的排名是第三，在运载能力上比俄罗斯的火箭更强大，落后于美国的两款火箭。如果算上过去世界运载火箭的排名，比长征五号运载能力更强的有美国的土星五号火箭、航天飞机、苏联的能源火箭、N-1 火箭等，因此长征五号的历史排名在第五名。
　　从动力分析，长征五号火箭的动力配置为 120 吨推力的 YF-100 和 50 吨推力的 YF-77 发动机，助推器为 4 枚，每枚安装 2 台 YF-100，因此助推器上就有 8 台发动机。芯一级为 2 台 YF-77 发动机。YF-100 和 YF-77 虽然都是液体发动机，但燃料不同，YF-77 属于氢氧发动机，YF-100 为液氧煤油发动机。使用氢氧发动机与液氧煤油发动机的组合是根据比冲等综合因素得出的，氢氧发动机作为芯一级，比冲要大于液氧煤油发动机。
　　芯一级用液氧液氢，助推器用固体或者液氧煤油也是有的，比如俄罗斯的能源号火箭、阿丽亚娜火箭等，都助推器一般是固体。如果助推器用液氧煤油发动机，那么体积会更大，于是我们就看到了所谓的胖五这个绰号。YF-100 和 YF-77 发动机这个组合是优化后的产物，并不代表这两种发动机在各自领域都是最顶尖的，不可否认的是，长征五号的运载能力确实靠前的。这说明今后我国航天工业仍然有很大的上升空间，研发出更强推力的火箭只是时间问题。
　　<strong>与西方火箭相比，未来突破口在哪儿？</strong>
　　长征五号火箭的研发是为将来更大推力的火箭打基础，比如将长征五号火箭的芯一级作为长征九号火箭的助推器使用，可实现 140 吨近地轨道运载能力。这也是今后长征五号火箭的衍生产品，但是中国航天未来的发展，仍然是从发动机着手。比如目前世界比较流行的液氧甲烷发动机，这是美国 SpaceX 下一代火箭发动机，猛禽火箭发动机是可重复使用的甲烷分级燃烧发动机，是未来火箭发动机的方向。
　　液氧甲烷发动机的特点在于积碳少、成本低、可重复使用特点。猛禽发动机、BE-4 发动机都是此类动力，中国蓝箭航天的 PNX-1、俄罗斯的 RD-0162 也是如此。
　　液氧甲烷发动机的积碳少，这个特点对于可重复使用非常关键，因为液氧煤油发动机容易积碳，同时液氧甲烷发动机比液氧液氢发动机在安全性方面更优秀，因为液氢不仅昂贵，存储上还费劲，需要零下 252 摄氏度环境，属于低温推进剂，加注也是个问题。加注过程需要全面防静电，容易发生爆炸。同时液氧液氢推进剂燃烧温度很高，对尾喷管的工艺要求也很高。
　　在长征五号之后，先利用长征五号的优势，打造出 140 吨运载能力的长征九号，实现载人登月，同时研发液氧甲烷发动机，造出我国的可重复使用火箭，有利于抢占国际商业发射市场。