“胖五”复飞，全村的希望！

12月27日20时45分，长征五号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空，2000多秒后将实践二十号卫星送入预定轨道，发射飞行试验取得圆满成功。

图源: 我们的太空 史悦 吕炳宏

2019年是中国航天的“超级大年”，实现了一系列举世瞩目的成就：嫦娥四号和玉兔二号实现人类探测器首次着陆月球背面；玉兔二号成为人类史上工作时间最长月球车；长征十一号火箭实现中国首次海上平台发射；北斗卫星导航系统完成最核心的中圆轨道和同步倾斜轨道卫星部署；两枚快舟1A火箭实现同一发射场间隔6小时快速发射；三款商业火箭（捷龙，双曲线一号，零壹OS-1）首飞；年度火箭发射34次（美国27次），继2018年后再次成为世界第一，等等。

在这些辉煌之外，还有一个“全村人的希望”，那就是大家期待已久的长征五号的成功复飞。

为什么需要长征五号火箭

长征系列火箭是我国航天技术发展的绝对主力支撑，承担了我国96.4%的发射任务，发射航天器总质量占中国发射总质量的99.2%[1]，重要性不言而喻。

长征火箭家族部分主要成员 （图片来源：GW_Simulations）

在2015年之前，长征系列火箭的主力是长征二号（2C/2D/2F）、长征三号（3A/3B/3C）和长征四号（4B/4C）的多个型号。可是随着中国航天的快速发展，这些火箭开始逐渐“力不从心”，其中最重要的问题就是运力不足。

例如，在长征五号之前，我们近地轨道的最大运力是长征二号F载人航天专用火箭的8.6吨，高轨的地球同步转移轨道的最大运力是长征三号B/E的5.5吨[2]，更远的地月转移轨道的最大运力也是长征三号B/E运送嫦娥三/四号任务时的3.8吨级别[3]。

这意味着，更重、更大、更复杂的航天发射任务根本没法由这些火箭完成。例如，我国规划中的天宫空间站几个核心舱段每个重量将在20吨级，这远远超过了长征二号F火箭的运力；我国全新超大型卫星平台东方红五号总重量最多可以达到9吨级[5]，且它需要被送到距离地面36000千米的轨道，这大幅超过了长征三号B/E火箭的能力；我国嫦娥工程下一步采样返回任务嫦娥五号重量也将远超嫦娥三/四号，更何况还有规划中的火星探测等深空探测任务。

中国有句很经典的俗语：“没有金刚钻，别揽瓷器活”。中国这些“重量级”航天任务，都亟需一枚通用化、系列化、组合化的大型运载火箭。这，就是长征五号的使命和定位。

长征五号转场中 （图片来源：航天科技集团）

长征五号的近地轨道运力达到25吨，同步转移轨道运力达到14吨，地月转移轨道达到8吨级，能执行多种航天发射任务，能力远远超过此前的长征火箭。

造出长征五号火箭，有多难？

长征五号这种级别的火箭研制在世界范围内都是个极大的挑战，对中国而言，亦是如此。但作为中国航天史上具有划时代意义重要性的火箭，中国航天人必须迎难而上，为此，需要实现一系列高难度重大创新。

1.新火箭推进剂

传统的长征家族火箭，包括长征二、三、四号火箭都使用四氧化二氮/偏二甲肼推进剂组合，它们毒性大、发射准备周期长、价格昂贵、比冲偏低。比冲是衡量单位质量推进剂产生冲量的指标，一般来说，这个数据越大意味着火箭推进能力越强。相比较而言，液氧煤油、液氧液氢推进剂更优，也是世界主流大型火箭的选择。

因而，长征五号一大变化是它的核心推进剂是由液氧煤油（助推器）和液氧液氢（核心芯一级、二级）组合使用。由于液氧液氢的稳定储存温度极低，分别为零下183和零下253摄氏度，长征五号也因而得名为“冰箭”。

2.新火箭发动机

更新了推进剂，就意味着发动机也要更新。而一枚火箭发动机要同时做到推力大、爆发力强、材料耐热也耐冷（从极低温到数千摄氏度的燃烧温度）、结构强、控制精细、稳定性强、质量轻等多个优点，谈何容易？

这也是发动机被叫做“火箭心脏”的原因，它的研发难度直接导致全世界能做出大型火箭的国家屈指可数。

展览中的YF-100K发动机 （开源图片）

而为了长征五号，需要同时研发出YF-77（液氧液氢推进剂，用于核心级）、YF-100（液氧煤油推进剂，用于助推器）和YF-75D（液氧液氢推进剂，用于二级）三型发动机，难度可想而知。