第564期【齐悦读—线上共读—透视新科技】 “齐悦读”[线上共读] 《走向太空的“长征”》
（通讯员 邓辉）
讲座题目：透视新科技——走向太空的“长征”
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：2024年5月27日～6月2日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——走向太空的“长征”
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，可想而知承载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。5、4、3、2、1点火，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。一个月后，长征七号遥三火箭成功将天舟二号货运飞船送入太空。一天后，天舟二号货运飞船和核心舱实现自主快速交会对接，完成了燃料和物资的输送。3、2、1点火，起飞，2020年6月17日，三名航天员搭乘神舟十二号载人飞船由长征二号F火箭送往空间站，历经9小时的飞行后顺利抵达。短短两个月内，长征系列运载火箭频频去往太空，它们也被称为通往中国空间站的“专属列车”。那么，这三种不同型号的火箭都有哪些独特本领？载人和运货的火箭又究竟有哪些不同呢？
首先，我们还是给大家介绍一下今天请来的两位嘉宾，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！您好！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！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其实是在长征五号基础上研制起来的，都叫了长征五号系列，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（火箭）来实现接力飞行，才能达到那个距离。长征五号B就像我们发射空间站轨道，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。所以说个头相对就矮了一点。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。
其实，要区分长征五号和长征五号B并不难，首先它们都很“胖”，“ 腰围”都是5米，身上还捆绑着四个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”。那么作为我国目前运载能力最大的火箭，长征五号和长征五号B是如何拥有超大“力气”的呢？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，它们整个在我国长征系列运转火箭里面属于新一代运载火箭的中的大型运载火箭，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，应该长五系列跟以前的长征四号、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，最多带助力器也是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，但是一下子这个直径，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，我们常见的运载火箭都是多级的呢？是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，咱们现在空间站这个核心舱有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站舱段。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，至此火箭的使命也就结束了。长征五号B要去往的中国空间站位于距离地球400千米的近地轨道，因此，长征五号B缩减了燃料储备，扩大了运载能力，一次就将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的这个大力气，它的主要原因我们还要看它的发动机。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（B）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。使用了氢氧催进剂的长五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，这个发动机开机之后，在不到一秒钟的时间内，发动机部件的核心温度就可以从负（零下）253摄氏度达到3000摄氏度，真正要经受冰与火的严酷考验。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儿，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。它这个加速过程也很快，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地变化，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项的科技创新。就比如重大的关键技术，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，还有我们刚刚说的低温推进剂，负（零下）的253摄氏度，低温推进剂的增压输送系统，及新型阀门技术。等于说是一个全面提升。对，因为（长）五B大家都知道很大，近地轨道的运载能力很大，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儿了。第二个大就是大直径舱箭分离技术，这个舱就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是攻克了种种的技术难关，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，那长征五号B在世界上大推力火箭当中处于一个什么样的水平呢？现在如果说用运载能力作为对比的数据的话，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－4（H）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。
“天和”核心舱入轨之后，那实验舱和航天员，也将陆续进入太空，这些任务是不是也由长征五号B来完成呢？咱们空间站的这个核心舱和实验舱，它的规模都达到了20吨级，然后直径也都非常大，这个只能用我们长五B的这么大型的整流罩来进行发射。发射完了舱段之后，咱们就要考虑运货和运人，运货就是使用我们的长征七号运载火箭发射。比方说天舟号这个货运飞船，运人来讲，咱们现在是采用长二F运载火箭来运送神舟飞船和航天员来进出空间站。载人空间站它是一个比较大规模的在轨的空间站，它在轨需要在轨组装来完成，这个就需要我们的长征系列运载火箭来进行组合式发射。我们这个载人空间站，包括有核心舱，还有两个实验舱，还有载货飞船和载人飞船，这些舱段和飞船对这个火箭的运送，它是要求是不一样的，所以需要来组合发射。为什么运货就用长七，运人就用长二F？因为载人火箭和载货火箭还是有一些不同的，载人火箭主要是要考虑航天员的安全性和舒适性，像我们现在我国唯一的一个载人火箭就是长二F，它既有可靠性的设计指标，还有安全性的设计指标，它这个安全性设计指标是0.997，还是很高的。它为了保证这个安全性，它有故障检测系统还增加了逃逸系统。这个逃逸系统我们从外观上来看，我们可以看到我们的长二F火箭，它顶部有一个像避雷针一样的逃逸塔。这个逃逸塔它就是在火箭起飞前和起飞后的一段时间内，如果发生了任何危险，它就可以带着宇航员离开现场，避免危险，然后我们这个载人火箭，它在一些总体设计过程中，它为了考虑到航天员的存在，它还要减少飞行过载，还有一些振动的抑制，这些都是为了保证航天员的存在安全性和舒适性的要求，这些都跟载货火箭是有区别的。
我国到目前为止已经实施了六次载人飞行，一共将14人次航天员送入过太空并且安全返回。随着我们技术在不断向前发展，我国目前也在开展新一代载人飞船和新一代载人运载火箭的研制。新一代载人飞船它就规模更大，它一次可以运送六到七名航天员进入空间站。我们当时还记得杨利伟，第一次从返回舱里走出来时激动人心的一刻，那时候只有一个人，现在居然六到七名都可以了，所以像新一代载人飞船这么大的规模，就已经超出了长二F运载火箭的能力范围。我们就有必要去采用更高安全性，更高可靠性，还有更高性能的新一代载人运载火箭来完成，相信大家在不久的将来就可以看到。我们记者编辑了一段短片，我们去看一下。火箭的外形长什么样？是由执行什么样的发射任务来决定的。以长征二号F火箭为例，由于分工不同，长二F火箭就衍生出两种形态，T系列和Y系列，其中T系列运货，Y系列载人，熟悉它们的人从外形上一下子就能分辨出来。相比运货的T系列火箭，载人的Y系列火箭最大的不同是多了逃逸系统，也就是逃逸塔。逃逸塔是载人火箭的独有设计，位于长二F火箭顶部，高约8米。它的作用是在火箭冲出大气层时，一旦出现意外，帮助航天员脱离险境，保证他们的生命安全。执行运货任务的T系列火箭顶部是圆的，那是火箭的整流罩。整流罩有圆形和圆锥形等结构，主要用来保护卫星及其他有效载荷，减少空气阻力和发射过程中的脉动压力。根据不同的任务需求，长征系列运载火箭研发出各种不同的型号。
截至目前为止，长征运载火箭共有多少个型号？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？因为中间有些型号像长三，它有长三型号，有长三甲、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。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，这个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。说到这儿，我们来看一看中国运载火箭这些年对于飞向太空的探索。
点火，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卫星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。除了空间站的建设，大家的关注点还有探月工程、火星探测，还有深空探测等等，这些对火箭都有什么不同的要求吗？后续我们国家还将开展探月工程四期，还有月球的科研站的建设等等这一系列任务，这时候我们进入轨道的这个能力，就远远超出了现在的咱们所看到的范围。到时候我们进入奔月轨道的能力可能就不是10吨级了，那可能是20吨级，甚至30吨级，这样就需要用我们具有更强大运载能力的重型运载火箭来出场。我们知道为了人类飞向更远的深空，这火箭肯定是要不停地更新换代，这个状况是什么样呢？
确实火箭是需要不停更新换代的，我国现在已经成功研制并首飞了，我国的新一代运载火箭。这个新一代运载火箭，就包括刚才说的长五系列运载火箭，还长六、长七系列和长八，以及长十一。这些新的运载火箭，具有较高的性能以及还有它是绿色环保的一些特征，我们正在实施我国运载火箭的更新换代，就是采用新一代运载火箭来代替采用有毒推进剂的这些运载火箭。我国新一代的这些运载火箭，未来还将在较长一段时间内，作为我国的主力运载火箭，我们也会在不断实施我国新一代运载火箭性能的提升。也就是我们要不断地去使我们的火箭的能力更强，可靠性更高，成本更低，效率更高，这个确实需要我们航天人不断创新、不断突破。我们通过短片来看一下。目前，我国运载能力最强的火箭是长城五号，它的近地轨道运载能力达到25吨，而为了满足未来深空探测以及探月工程的需求，火箭的能力要更强，这对火箭来说并不是简单的一加一等于二，而是需要一款全新的运载工具。中国正在全力推进长征九号重型运载火箭的研发，以满足未来载人登月探测、火星取样返回、太阳系行星探测等多种深空探测任务。具备近地轨道运载能力140吨的长征九号，将让中国火箭运载能力在大火箭长征五号的基础上提高四到五倍，让完成更加复杂的空间任务成为可能。
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。嗯。这个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。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边。对，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，一共有17型的运载火箭。大家可以想象，17型运载火箭只发射了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，它是定型的，可以批量生产。火箭，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。就是我们行业里的一句话，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。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，可以下载央视频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。
