第498期【齐悦读—线上共读—透视新科技】“齐悦读”[线上共读] 《太空专车》
讲座题目：透视新科技——太空专车
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：汪小卫，中国运载火箭技术研究院、运载火箭总体设计师。
李 扬，中国运载火箭技术研究院、运载火箭总体设计师。
讲座时间：2023年10月9日～10月15日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——太空专车
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目，我是主持人胜春。2021年我国的航天事业亮点不断，这又迎来了一个好消息。我国空间站的核心舱成功发射，可想而知承担运载任务的火箭一定也是不同凡响，欢迎各位走进我们今天的节目。2021年4月29日，海南文昌航天发射场长征五号B运载火箭点火升空，将我国首个空间站核心舱送入预定轨道，开启了中国人探索宇宙奥秘，和平利用太空的新征程。长征五号是我国运载能力最强的火箭，创新难点多、技术跨度大、复杂程度高，代表了我国运载火箭科技创新的最高水平。承担空间站“天和”核心舱运载任务的是长征五号B运载火箭，它是长征五号系列火箭家族中的成员之一，是在长征五号运载火箭基础上改进研制的新型火箭。主要用于近地轨道大型航天器的发射任务，与人们熟悉的长征五号运载火箭相比，长征五号B有哪些不同？它的大力气源于哪些新科技呢？
首先，我们给大家介绍一下今天我们请来的两位嘉宾，第一位是中国运载火箭技术研究院的运载火箭总体设计师汪小卫，欢迎您！接下来一位是中国运载火箭技术研究院运载火箭总体设计师李扬，欢迎您！请两位给我们解释一下长征五号B它的用途是什么？长征五号B是在长征五号的基础上研制的一款新型运载火箭，它跟长征五号一起被称为长征五号系列运载火箭，长征五号B是专门为我国空间站工程研制的。我国这次就是长征五号B，把空间站核心舱打入轨道之后，我国的载人航天，也就正式进入空间站时代。我们怎么理解空间站时代？可以这么理解我国的这个载人航天工程，我们以前国家规划的是三步走。第一步，就是把神舟号飞船打入太空，把航天员送入太空，把我们的杨利伟送入太空，这是第一步。第二步，就是我们的空间实验室，就是把我们天宫一号，天宫二号就是有一定的时间和多人次进入空间生活。第三步，就是进入空间站时代，这是一个长期大规模的在空间的一个生活和运营的一个过程，所以现在就是建造空间站，进入到空间站时代。
我国的空间站规模比较大，需要在轨组装来完成，就像在空间搭积木一样。这个积木的模块，就需要我们的火箭运送上去，这个充满挑战的任务，就落在了我们长五B的肩上。长征五号B主要运送大型的近地轨道的有效载荷，就像刚才所说的空间站舱段，那么长五B的首飞它是在2020年5月5号（日）。当时它是搭载了新一代载人飞船的试验舱，还有柔性充气式货物返回舱的一个试验舱。首飞也是取得了圆满成功，长五B也是我国现役的运载火箭中，近地轨道运载能力最大的运载火箭。我们通常听到长征火箭，比如说长五的时候，（给）它赋予一个可爱的名称叫“胖五”。那今天这个长征五号B火箭跟“胖五”之间区别是什么？长征五号B其实是在长征五号的基础上研制起来的，都叫长征五号系列，它们其实都可以称为“胖五”。长征五号B和长征五号，从外形来看的话是比较相近的，只不过是长征五号它要高一些，它是57米，长征五号B是53.7米，要稍矮一些，为什么它稍矮一些呢？就是因为长征五号B，它没有二子级。
因为长征五号和长征五号B，它的任务是不同的，长征五号它主要发射的是高轨载荷。什么叫高轨呢？就比如我们的地球静止轨道，它是在36000公里的轨道上，它这个距离地表的距离，大约是地球的直径的三倍，都已经很远了。这个就需要用一个二级，来实现接力飞行，才能达到那个距离。那长征五号B就像我们发射的，空间站轨道，它是一个近地轨道。它不需要走那么远。它不需要走那么远，所以它大概是400公里，这个我不需要二子级，我就需要一级。所以就个头就相对矮了一点。矮了一些。长征五号和长征五号B，这两个兄弟到底该怎么区分呢？我们通过短片去了解一下。要区分长征五号和长征五号B并不难，首先他们都很“胖”，“腰围”都是五米，身上还捆绑着四个直径3.35米的小火箭。不过，它们毕竟不是“双胞胎”，各自拥有不同的“特质”和“绝活”。外观上，长征五号B火箭虽然比长征五号矮一头，但它顶部拥有我国最大的整流罩，里面能装进去10枚身高19.5米的捷龙火箭。从用途上，长征五号擅长远途运输。长征五号B火箭运载能力强，是建设空间站的“专属列车”。作为目前我国运载能力最大的火箭，长征五号是如何拥有超大力气的呢？相对以前的火箭，按刚才两位的解释，长征五号B火箭它的运载能力是比以前更强了，这个强体现在哪里？
长征五号和长征五号B，可以说是一个系列的，它们整个在我国航天（长征）系列运载火箭里面，属于新一代运载火箭中的大型运载火箭，所以它们俩之间其实不能直接对比。第一它们的任务是不同的，一个是打高轨，一个是打低轨，而且它们俩是属于同一个技术水平的。如果要比的话，应该它长五系列跟以前的长长征四号，长征三号，长征二号来比，确实这个长征五和长征五B比以前的火箭，确实能力要强很多。主要的原因还是因为它的体格大了，以前的火箭都是中间那个芯级是3.35米的，最多带助推器也是2.25米的。长征五号系列，使它变成了中间是5米，助推器是3.35米，就整个体格高度其实跟以前的火箭差别不大，但是一下这个直径就扩大了1.5倍，就显得这个火箭体格就特别粗壮，所以通俗叫它“胖五”。这个体格一旦大了之后，包括它的推力大了之后，它的整个（运载）能力就大了。为什么运载火箭，常见的运载火箭都是多级的呢？
因为这个航天器要想进入地球轨道，它就必须要达到第一宇宙速度，也就是7.9千米每秒。但是以我们目前的技术水平，单级运载火箭是很难达到这个速度的，所以运载火箭把自己活成了一支队伍，就是采取分级的构型。每一级接力飞行，前一级推进剂燃烧完了之后就抛掉，以减少剩余的飞行质量，这样是通过各级接力飞行，最终把有效载荷送入到预定轨道。因为长五B的运载能力，它是针对于我们空间站这个舱段。根据舱段的质量来设计的，咱们现在空间站的核心舱有22吨，就是非常大，所以我们长五B的整流罩，（直径）它是5.2米，高达20.5米，相当于7层楼那么高，内部的容积高达了345立方米，就是长五B可以看得出来它大肚能容。所以它才能装得下那么大的空间段舱段，另外长五B这个是一级半直接发射入轨，它也是我们国家唯一的一个现役的一级半直接入轨的运载火箭。说到这个话题，我们再来看一下我们记者之前编辑的短片。
火箭点火起飞后，首先发力的是捆绑在身上的多个火箭助推器。大约150多秒后，助推器携带的燃料耗尽，就会与火箭的主体脱离。大约160多秒后，一级火箭燃料耗尽，一二级火箭分离，火箭二级发动机启动，将火箭送入预定轨道，火箭的使命也就结束了。由于空间站位于距离地球400千米的近地轨道，不需要长途跋涉，长征五号B运载火箭就可以缩减一部分燃料储备，去掉第二级，增加运载能力，一鼓作气将22吨重的货物，送入近地轨道。这个大力气是怎么来的？长五B这个大力气，它的主要原因，我们还要看它的发动机。就是它采用了长五系列运载火箭，它采用了8台120吨级的液氧煤油发动机，还有我们氢氧高性能发动机，新研制的这几台发动机有多大的能力呢？就比如说我们这个120吨的液氧煤油发动机，它里面产生了最高压强有500个大气压，什么概念呢？就是说能把这个黄浦江的水，直接抽到5000米高的青藏高原。正是因为有了这些大发动机的这些能力，使得我们长五的推力，就起飞推力能达到1000多吨以上。你像我们日常坐的这个737这种民航客机，它的推力几十吨。我们这个长五B有1000多吨的推力，就使得它有这么大的力气。
长五B它在发射前，我们经常可以看到发射塔架的周围有一些白色的一些烟雾，这就是因为它使用了液氢和液氧的推进剂。液氢和液氧因为它的温度很低，所以就像咱们突然拉开了冰箱门，就是它空气中的水蒸气遇冷就会呈现出一个白色的烟雾。同时这个氢和氧燃烧的产物是水，它不会对人员和环境造成污染，它是绿色的推进剂。这是环保燃料，使用了氢氧推进剂的长五B，别看它外表高冷，但实际上是实力非凡。外表高冷。对，因为温度低，这发动机开机之后，在不到一秒钟的时间内，发动机部件的核心温度就可以从（零下）负253摄氏度达到3000摄氏度，真正要经受是冰与火的严酷的考验。这个温度和气压的变化会给整个火箭带来什么呢？我们这个温度，3000多摄氏度，它的防热，它的冷却，它的材料能不能受得了，这个就是说整个里面的环境急剧变化。这个对火箭的影响是非常大的，然后火箭本身它在这种急剧的环境变化，包括首先从它矗立在那零米每秒的速度，后来要加速到7.9千米每秒的速度，而且它这个速度的加（速）的时间比较短，有的只有十几分钟，最多也就半个多小时，它的加速过程也很快，它要在地表的这个环境，然后要进入真空环境。整个飞行过程和飞行状态都是在急剧的变化，所以它的技术难度很大。
我们说到除了发动机外，这个长征五号还有哪些科技方面的创新呢？长征五号方系列运载火箭，它攻克了诸多的技术难题。在研制过程中，它一共攻克了12大项的重大关键技术，包括247项科技创新。就比如重大的关键技术，包括什么呢？包括我们全系统的总体方案的优化设计，及复杂环境的预示，还有我们的大直径箭体结构的，设计制造与（大型）试验，还有（零下）负的253摄氏度。低温推进剂的增压输送系统，及新型阀门技术。等于说是一个全面的提升。对，因为五B大家都知道很大，近地轨道的运载量很大，那么它的技术创新也是围绕着三个大。第一个大就是大型的整流罩分离技术，因为刚才咱们也提到过，长五的整流罩高达20.5米，实际上占整个火箭的小一半了。它在分离的时候，会对整个箭体产生一个非常大的干扰，第二个大就是大直径舱箭分离技术，这个舱就是指的是咱们空间站的舱段，空间站的舱段和咱们这个火箭连接的直径要超过4米。就是这么大的直径，稍微有一点点扰动就会产生内伤。第三个大就是指的是大推力发动机直接入轨精确控制技术。
因为咱们长征五号B，它是没有末修（末速修正），也没有调姿系统的，一级发动机点火就直接入轨了。一级发动机关机的时候，高达140吨的推力瞬间消失。所以长五B是攻克了种种技术难关，解决了这一系列大所带来的问题，心有猛虎却还能做到细嗅蔷薇，最终使有效载荷精确入轨。说到作为我国目前推力最强的运载火箭之一，那长征五B在世界上大推力火箭当中，处于一个什么样的水平呢？这个就需要我们用一种数据来进行对比了，我们长征系列运载火箭，现在如果说用运载能力作为对比数据的话，我们是处于世界排名第三。排名第一位的是美国的猎鹰H运载火箭，它的近地轨道的运载能力，现在实际上能达到53吨左右，它的地球同步转移轨道运载能力，能达到约20吨左右。排名第二位的还是美国的，是叫德尔塔4H火箭。它的近地轨道运载能力，大约是28.8吨。它的地球同步转移轨道运载的能力，是14吨，这个跟我们长五是一样的。我们长五系列运载火箭，近地轨道是25吨，地球同步轨道转移是14吨，所以我们是排在第三的。
咱们可以对比一下，世界上其他的大型运载火箭的能力，比方说是美国的猎鹰－9，它的起飞质量是549吨，近地轨道的运载能力是22.8吨，还有像俄罗斯的质子M运载火箭，它的起飞质量是705吨。近地轨道的运载能力是23吨，还有像欧洲阿里安5，它的起飞质量是780吨，近地轨道的运载能力是21吨。所以通过这些横向对比，就可以看到，我国的大型运载火箭已经进入了世界一流水平。长征五号到底对中国的航天事业都有哪些贡献呢？我们记者编辑了一段短片，我们去看一下。技术创新有多耀眼，研发难度就有多大，从设计研发到总装测试，再到一飞冲天，长征五号系列为征战浩瀚星空攻克了无数难题。十多年里，有上万航天人参与了长征五号系列的研制，进行的各类试验不下千次。无数次的试验和攻关，迎来的是中国运载火箭技术的巨大跨越。2016年11月3日，长征五号运载火箭首飞成功。2019年12月，将实践20号卫星成功送入预定轨道。2020年5月，长征五号B运载火箭首飞成功。2020年7月和11月，长征五号分别将“天问一号”火星探测器，和“嫦娥五号”月球探测器，成功送入预定轨道。2021年4月，将我国空间站核心舱成功送入预定轨道，长征五号系列是中国运载火箭升级换代的重要里程碑。
刚才两位在给我们介绍的过程当中，说长征五号B它的升空，已经是标志着中国航天已经进入空间站的时代了。那“天和”核心舱入轨之后，后面的发射任务是不是也由长征五号B来完成呢？我国空间站它是由核心舱、实验舱，还有我们的载货飞船和载人飞船组成的，所以后续需要我国长征系列运载火箭，来实施组合式发射。我们长五B这次发完，“天和”核心舱，后续还要发射两艘实验舱，我们的天舟号货运飞船和神舟号载人飞船，分别由我们的长七和长二F分别发射，负责运货和运人的一些任务。咱们这个实验舱有两个，一个是“问天”（实验舱）和“梦天”（实验舱），它的直径都有4.2米，规模也是达到了20吨到22吨，所以这么大的规模也只能由我们长五B运载火箭来发射。截至目前为止，长征运载火箭共有多少个型号，刚才我听两位介绍说长征五、五B还有长七。截止目前，我国长征系列运载火箭一共研制了17个型号，包括从长征一号到去年（2020年）年底，刚刚首飞的长征八号，为什么17个（型）号呢？
因为中间有些型号是像长三，它有长三型号，长三甲、长三乙、长三丙，它相当于四个型号，是这样分的。我国研制了这17个型号，我国运载火箭走过了从无到有，从串联到捆绑，从常温到低温，从发射地球卫星到发射载人飞船，发射深空探测器一系列的跨越。当前，我国长征系列运载火箭，它的运载能力和入轨精度都达到了世界先进水平，也是为我国的探月工程，载人航天，还有火星探测，以及我们的北斗卫星的组网建成，打下了坚实的基础。火箭这个型号到底是根据什么来命名的呢？我国的主流的运载火箭都被命名为长征，这主要来源于毛主席的《七律·长征》一诗。中国的航天精神，也是来源于中国红军不畏艰难，顽强奋斗的长征精神。通常我们把基础型的火箭命名为长征几号，英文是Long March，中文就是CZ，就是首字母的缩写。由这些基础型号延伸出来的改进型命名为长征几号甲乙丙，也就是ABC，所以长征五号，长征六号，长征七号，长征八号，也就是按照它们立项的时间先后顺序来进行命名的。说到这我们来看一看中国运载火箭这些年，对于飞向太空的探索。
1970年，长征一号运载火箭将我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”成功送入太空，中国由此成为世界上第五个把人造卫星送上太空的国家。从此，一枚枚长征火箭承载着中华民族的航天梦想，一次次腾空而起，踏上问鼎苍穹的“长征”。半个世纪以来，长征系列运载火箭承接了包括载人航天、月球探测与深空探测、北斗导航系统和高分辨率对地观测系统等各种航天重大工程任务。“十四五”期间，中国还将持续推进新一代载人运载火箭和重型运载火箭的研制，突破现有火箭的箭体尺寸以及发动机推力，从而支撑后续更大规模和更远距离的空间探索任务。长征系列火箭已经完成了300多次的发射了，据说2021年，还有40多次发射任务，目前在国际上是一个什么样的水平？确实我国现在这个发射频次越来越高。自我国长征一号发射东方红一号以来，1970年我国一共到目前为止发射了360多次，而且每年的次数在稳步提升。而且我们的成功率也在稳步提升，这个次数从二三十年前每年两到三次，已经到现在每年都是30到40次。像我国2018年和2019年火箭的发射次数，在世界上是排在第一位的。
“十三五”期间，我国火箭总的发射次数，也是仅次于美国排在世界第二，越来越高的频次，包括我们的任务也是越来越重要，确实对我们科研人员创新，提出了很高的要求，这个确实也意味着中国的航天，也在一步一步向前走。像去年我们的长征五号运载火箭，就是连续将我们“天问一号”火星探测器，和我们的“嫦娥五号”月球探测器，分别精确送入轨道。也是打出（创造）了我国长征运载火箭的新高度、新速度和新精度，不断创造历史。我国运载火箭从第1发到第100发是用了37年，从第100发到第200发是用了7年。那么从第280发到第380发，仅仅用了4年多的时间。这半个世纪以来，我国的运载火箭正在飞速向前发展，随着我们现在新一代运载火箭的投入使用，我们的运载火箭水平必将迎来新的一个跨越。每次看到我国又一次火箭成功升天之后，内心是无比受到鼓舞和振奋。但同时我们也听到很多国际上的新闻，说火箭似乎是最容易发射失败的，这里面难度到底有多大？
运载火箭的这个发射，它也是面临着技术升级的问题，我们虽然有了300次的发射，我们并不是拿同一种技术经验来重复了300次，我们这300次一直在向前走，一直在进步，也一直在寻求自我突破。它跟这个高速行进的列车不一样，没有这个铁轨来减少阻力。它跟飞行的飞机也不一样，它没有空气来产生升力，它跟轮船也不一样，它没有海水来给它提供浮力。运载火箭就是白手起家，它完全要靠它自己，就是每一级的发动机，我们都在进行一个适应性的一个新旧的一个更替。比方说刚才说到的液氧煤油发动机，还有氢氧发动机，这种无毒无污染的一个新一代的发动机，技术在不断向前进步，所以这样的话，我们也在提升我们自己的运载效率。我们每推出一款新型的火箭，我们过去的数据要重新更新，进行新的计算，所以给我们带来大量的难度在里面。对，一方面虽然我们固然有些经验借鉴，但是火箭的发射次数虽然是300多次，但是还是小子样，而且我刚才说了，共有17型的运载火箭。大家可以想象17次运载火箭，只发射了300多次，不到400次，其实每一枚火箭的发射，其实是小子样的。你跟飞机，跟汽车这是没法比的，所以这个经验其实是不多的。而且刚才说到每一枚火箭都是有技术改进的，火箭暂时来看，我们都没有定型的概念，不像一辆汽车一辆飞机定型了。
可以批量生产，而且火箭，它每一枚虽然说是长征五号，下一枚还是长征五号，它每一枚都会根据任务技能都有改进，技术是在不断进步，而且还要适应不同的任务。然后，火箭的批量其实很小的，它不能批量生产，现在还达不到批量生产的水平。既然我们生产了一种稳定的火箭，质量又好，效率又高，为什么不能长期坚持下去，一定要不断更新呢？我们火箭的能力永远都是在追求能力更强，效率更高，成本更低。因为火箭并不像汽车，家家都能有，它是一个国之重器，每一枚火箭都是必须谨慎地去对待。就是我们行业有一句话，一次成功不代表次次成功，次次成功不代表永远成功。就是每一枚火箭，它都是有风险的，因为第一刚才说的火箭，它的经验其实发射次数其实整体是不多的。第二，火箭它是由成千上万个零部件，然后（集成）很多个分系统组成的，我刚才说了它经历的环境特别复杂，它是一个全系统的一个大系统工程。刚才那个话给我们印象非常深刻，一次成功不代表次次成功，次次成功不代表永远成功，这也标志着我国航天人严谨的、科学的一种态度。今天非常感谢两位做客我们的演播室，给我们大家介绍关于长征火箭的一些信息和技术，也感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目。如果您想了解我们更多的节目内容，您可以下载央视电影收看我们过往的节目。今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。
（通讯员 邓辉）
