大块头“胖五”浑身都是高科技

　未来我国探月采样返回，建设载人空间站，进行火星探测，都离不开长征五号。同时，它也为我国未来更大的运载器，包括载人登月用百吨运载能力的大型货运火箭及大型载人火箭奠定了技术基础。

　　担当重任的“胖五”为了适应新任务，带来了以12项重大关键技术为代表的247项关键技术创新，运载能力达到或超过国外主流大型火箭。

　　“胖五”是个大力士

　　说长征五号是个大胖墩，绝对没有言过其实，首先突破了“腰围”。此前，我国火箭芯级直径都是3.35米，助推器直径为2.25米。“胖五”采用了全新的箭体结构，芯级直径达5米，捆绑4个3.35米助推器。

　　大胖墩也是个“大力士”，具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力，相当于可以同时将16辆小轿车送入太空。其运载能力是家族其他成员运载能力的两倍以上。我国未来航天工程计划中20吨左右的长期有人照料的空间站、大型空间望远镜、返回式月球探测器、深空探测器、超重型应用卫星等发射任务，对长征五号来说都不在话下。

　　这么大的推力，使我国运载火箭的规模实现从中型到大型的跨越，运载能力达到或超过国外主流大型火箭，如阿里安5、德尔塔4、宇宙神5等，火箭总体和部分分系统技术达到国际先进水平。
　　转场可抵八到九级风

　　“胖五”还突破了许多其他技术，例如，其垂直转运技术就非同一般。它的个头在长征家族中最高，长约57米，有20层楼那么高。所以在垂直转运时，利用半个足球场大的活动发射平台驮着它在2800米的无缝钢轨“走”了约两小时，即其垂直转运速度不超过每分钟30米。一路上，活动发射平台不仅要载着长征5号火箭出行，还要为火箭供气、供电。这样一来，火箭转场中就可保持箭地连接不变，从而减少了发射区的工作，缩短了发射流程。

　　在转场方法上，它与现役火箭也有着很大的不同。其他火箭是“挑担子”，长征五号火箭是“抬轿子”，目的是“走”得更稳。

　　在火箭垂直转场中，现役火箭芯一级的“脚下”共有4个支撑臂，用于让火箭稳稳地“站”在“座驾”上。火箭助推器则是被芯一级“挑”着“走”，所以叫“挑担子”。而长征五号火箭在转场时，有12个支撑臂，但它们是被平均分布在4个助推器的“脚下”，因此是4个助推器“抬”着芯一级走，所以很像 “抬轿子”。其转场可抵八到九级风，而且拦腰不用任何防风减载装置。

　　大火箭运输要找海港

　　长征五号系列运载火箭的直径为5米，无法用火车运抵我国内陆发射场。而文昌卫星发射中心位于海南靠近海岸的地方，且有良好的港口，可以停泊运送大型火箭的船只。这就是在海南文昌发射长征五号运载火箭最重要的原因。它采用公路-海路-公路运输方式，由两艘专用运输船将长征五号运载火箭从天津运至海南。我国未来的重型运载火箭直径约10米，可能也将在海南文昌发射。

　　三层“防寒服”为冰箭保温

　　长征五号运载火箭也称冰箭，因为火箭肚子里装了满满的深低温液氢液氧燃料，其中液氢温度达-253℃、液氧达-183℃，几乎达到低温的极限。

　　火箭体内90%以上都是这种深低温燃料，但火箭并不冷，它的外表面温度依然可以保持在0℃以上，这是因为火箭的贮箱外穿着一层“防寒服”，让火箭内部的仪器、设备、电缆等正常工作。
　　“防寒服”一共不到30毫米，却是给火箭保持体温的利器，“冰箭”不冷全靠它。

　　多材料高速撞成“棉花层”

　　“棉花”层全称是“低密度全闭孔泡沫塑料绝热层”，氢箱外表的“棉花”层厚20毫米，氧箱外表的“棉花”层厚10毫米。

　　这种棉花层由近10种原材料按配比高速撞击混合反应而成，从液态原材料发生撞击到固化成型只需10多秒。

　　中国航天科技集团703所防隔热材料设计师申雄刚介绍说，这近10种材料分成两组，都是液体，就像“哥俩好”胶水一样，一旦混合，会在10秒钟之内发生发泡反应、固化成型。

　　“长五”火箭“棉花”层与其他火箭不同，因为选用了新型发泡材料，其他材料的比例等也变了，申雄刚说，材料研制人员做了千余次试验，研究新型“棉花”层的性能。

　　穿衣前先拍“3D”照片

　　火箭贮箱表面有一些螺钉、口盖等，按设计要求，这些突起等部位的绝热材料要与其他部位同等厚度，703所为此打造的“试衣间”完美地解决了这个问题。

　　“试衣间”是个全密闭式温湿度可调节操作室，里面有喷涂设备、仿形加工设备等。火箭贮箱进入“试衣间”后，激光传感器先给贮箱做一次型面测量，在通过计算机造型，就像给贮箱拍了一张“3D照片”，所有的形状信息都包含在了这张“照片”中。

　　据此，在电脑中输入喷涂路径等参数，连接电脑的机械臂便开始运转，在机械臂末端的喷枪里有个碰撞混合腔，两个组分的材料在这里碰撞充分混合之后，就被喷涂在贮箱胶粘剂表面固化成型。

　　此时的绝热材料只是毛坯，还要修成厚度一致的平整外观，才能在外面铺蘸胶玻璃纤维织物。

　　听起来好像不难，但实际上火箭结构的壁板厚度仅为几毫米，并且大尺寸薄壁工件不可避免的会有各种变形，而要在一个厚度几毫米，但直径3米多、长度10多米还容易变形的“大家伙”上，加工出一层厚度均匀仅10多毫米的材料，就像是在一个大气球的表面雕刻花纹，稍有偏差气球就破了。

　　如此复杂的工序下来，“冰箭”这款又薄又隔温的“防寒服”就可以有效隔绝深低温，让“冰箭”不冷。

　　大火箭壳体“薄如蝉翼”

　　运载火箭这个庞然大物，身高数十米，体重几十吨，人们可能会认为火箭外壳肯定特别厚重，才能足够坚固。而事实上，常用的火箭壳体“蒙皮”的厚度都在1.2毫米至2毫米之间，而整流罩的“蒙皮”厚度仅有0.3毫米。如果把火箭比作一个成年人，把壳体比作成年人的外衣，那么这层外衣真的是“薄如蝉翼”。

　　火箭的外壳专业术语称为“蒙皮”，其“蒙皮”的主要材料为铝合金，这种材料强度高、耐腐蚀、重量轻、成本低，是做“蒙皮”的最佳选择。铝合金材料轻，可以为火箭减轻重量。“蒙皮”薄了，就可以装更多的燃料，“举”起更重的卫星。

　　中国航天科技集团一院的设计人员在设计时，会在“蒙皮”内部用一个个框环和桁条组成一个圆柱形的框架，把框架与“蒙皮”铆接在一起，这就组成了火箭的一个壳段。 “火箭‘蒙皮’很薄、很软，但根据受力分析进行科学计算、结构优化后，用铆钉把‘蒙皮’和框架固定，每一壳段有上千个铆钉，这样就保证了整体结构的强度和刚度”。在发射过程中，无论受到哪个方向的外力，都不会影响火箭的飞行。

　　如果“蒙皮”过薄，靠不断加密内部框架来保证坚固性的话，反而会使壳体重量增加，达不到预期效果。因此，设计人员要计算出“蒙皮”和框环、桁条的最佳配比，既保证用最少的材料，又保证箭体坚固、可靠。

　　随着技术进步，设计人员计算得也越来越精确，火箭结构也越来越优化，“蒙皮”的厚度也随之变得越来越薄。“长五”火箭整流罩的‘蒙皮’面板厚度只有0.3毫米，在相同刚度下，火箭壳段的重量将减少10%以上”。这样，火箭就在保证坚固的前提下，承载更多的燃料，把有效载荷顺利送入轨道。

　　棉花层

　　“防寒服”中的棉花层是低密度材料，有10至20毫米厚，这层“棉花”有里有面，因为如果它直接涂在贮箱金属表面，贮箱受冷收缩时，“棉花层”因收缩性能比金属小会导致脱粘，影响隔温效果。

　　“里”

　　“防寒服”的“里”是一层胶粘剂，不到1毫米厚，比“棉花”层更适应金属材料的热胀冷缩，且摩擦力大，能同时与金属材料的贮箱和“棉花”完美贴合，设计人员又叫它“缓冲层”。

　　“面”

　　“防寒服”的“面”是一层蘸胶玻璃纤维织物，0.9毫米厚，它也叫“保护层”，可以保护“棉花”不吸收外界水气、不被损坏，更好地发挥隔温性能。

　　据介绍，在“胖五”800吨重的身体里，90%是温度为-252℃的液氢和-183℃的液氧，这已经接近低温的极限。

　　液氢是火箭化学推进剂中能量最高的燃料，氢氧发动机比现有常规燃料发动机性能提高约50%，是当前已知推进效率最高的化学推进剂火箭发动机。