一位航天專家曾說：「火箭的能力有多大，航天的舞臺就有多大。」運載火箭技術水平不僅代表一個國家自主進入空間的能力，也體現著其最終利用空間和發展空間技術的能力和水平，是一個國家航天能力的基礎。
3月23日，我國正在研製的長徵五號運載火箭，在北京成功進行了芯一級動力系統第二次試車。這就意味著長徵五號最難關鍵技術取得重大突破，為其年內轉入發射場合練、2016年實現首飛打下了堅實基礎。
您知道嗎？作為我國目前研製中運載能力最大的火箭，它還有個形象的稱謂，叫「冰箭」。這源於其首次採用零下252℃的液氫和零下183℃的液氧作為推進劑，箭體內部極低溫，還實現了無毒無汙染。但是為了鑄成這枚「冰箭」，我國科研人員整整花了10年時間，全面突破了12個大項、200多個關鍵核心技術。
那麼，我們為什麼要造這枚「冰箭」？它又新在哪裡牛在哪裡？做成它又要邁過哪些坎兒？未來它又將派上什麼大用場？本報記者將為您一一解答。
航天大國需要大火箭
進入新的時期，面對國際商業衛星發射市場和國內未來衛星發射、深空探測的更高需求，同時考慮環境保護、發射安全等因素，發展我國大直徑、大推力、高可靠、低成本、無汙染的新一代運載火箭被提上重要日程。總結來看，長徵五號運載火箭（「冰箭」）的出現主要源於兩點：
一方面，現役長徵系列火箭面臨更新換代。作為中國航天科技集團公司董事長，雷凡培對此有清醒的認識。他認為，火箭的結構效率、火箭發動機的推重比、火箭運載能力等衡量我國運載火箭技術基礎的重要指標，都需要在研製新型火箭中獲得進一步完善。
另一方面，研製大推力運載火箭是未來進行深空探測的基礎，也是中國空間技術發展的必然要求。「嫦娥工程」二期和三期對月球探測的「落」「回」兩個階段工作，均需依靠這種新型大推力運載火箭。
正是這樣現實的壓力，直接促成了「冰箭」研製項目在2006年10月的正式立項。
而作為我國新一代運載火箭，「冰箭」採用無毒、無汙染的液氫液氧推進劑，屬於綠色環保大型液體運載火箭。全箭總長約60米，芯級直徑達到5米，捆綁四枚3.35米直徑的液氧煤油助推器，火箭起飛質量約869噸，近地軌道運載能力25噸，地球同步轉移軌道運載能力14噸，與國際上主流運載火箭的運載能力相當。
「它的綜合指標達到國際主流的運載火箭水平，同時也將大幅度提升我國開發利用空間資源、維護國家安全的能力，為我國未來航天科技的發展搭建更廣闊的舞臺。」長徵五號運載火箭總指揮王珏表示。
三大亮點鑄就新「冰箭」
具體來說，「冰箭」的「新」和「牛」，主要基於三點。
首先是其腰圍、身材、運力的「三高」。由於其腰圍（芯級直徑）由現役長徵火箭家族的3.5米達到5米，最大身高達63.2米，有20層樓那麼高，近地軌道運載能力由9噸增至25噸，是現役火箭最大運載能力的2倍左右，絕對算得上「長徵家族」裡的「大個子」和「大胖子」。
中國航天科技集團一院長徵五號火箭主任設計師黃誠形容說，「冰箭」25噸的運載能力，好比可以一次將16臺小轎車送入太空。而我國以後發射20噸左右的長期有人照料的空間站、大型空間望遠鏡、返回式月球探測器、深空探測器、超重型應用衛星等，更是不在話下。
除了發射噸位的提升，「冰箭」還可以實現一箭多星的發射。一次發射更多更重的、功能更全的衛星，將在完成相同發射任務的情況下，使每次的發射費用降低20%-30%。
此外，「冰箭」在燃料上也下了大工夫。不同於目前使用化學燃料的常規火箭，「冰箭」採用液氫液氧作為推進劑，因為其燃燒產生的是水，實現了無毒無汙染。在「冰箭」約869噸的身體裡，90%是零下252℃的液氫和零下183℃的液氧，這已經接近低溫的極限，「冰箭」一名正源於此。
「這是我們目前可用的推進劑組合中能力最大的一種。」中國航天科技集團一院長徵五號運載火箭總體主任設計師黃兵說，我國在上世紀六七十年代就開始了液氫液氧的研製工作，經過幾十年的科技攻關，終於在「冰箭」上成為了現實。
最後，「冰箭」在「保持身材」上也做到了錙銖必較。因為火箭每減少3公斤的自重，就能增加1公斤的運載能力。「冰箭」的燃料儲箱成了「減肥」的大戶：由於採用2219鋁合金材料，其內壁最薄的地方只有3毫米。專家表示，如果等比例縮放我們生活中常見的雞蛋的話，這個雞蛋殼的內壁厚度只有正常雞蛋殼的十萬分之四。同時，「消漩防塌裝置」的運用，使得「冰箭」推進劑剩餘量減少了50%。
正是這樣集諸多科技成果於一身的創新設計，奠定了新一代運載火箭高水平的基礎。有媒體評論稱，「冰箭」的LEO（即太空飛行器距離地面高度較低的軌道。通常用LEO載荷來判斷一款火箭的運載能力。）運載能力堪與歐空局阿里安5、日本H-IIA/B、俄羅斯安加拉火箭比肩。雖然運載能力只是火箭水平的一部分，但後來居上的「冰箭」，無論如何都可以真正稱得上我國航天領域的「國之重器」。
「冰箭」歷經千錘百鍊
要造成這樣一枚「冰箭」，我國科研人員經歷的難關頗多。以3月23日成功進行的芯一級動力系統第二次試車為例，這號稱為「冰箭」最難也是最關鍵的技術。其中，三點最為緊要。
其一，發動機啟動。與汽車發動機啟動時需要預熱一樣，使用低溫燃料的氫氧發動機在開始工作之前，要進行「預冷」。按下點火開關後，火箭會先用零下252℃的液氫給發動機降溫，直到具備運行條件。不過，這些為發動機降溫的液氫排出來，會飄散在空中，達到一定濃度就有可能發生爆炸。要消除危險，最好的辦法就是提前把這些氫氣燒掉。但是，即便是很少的量，也可能讓火箭的試驗臺轉眼間變成一片火海。
其二，發動機擺動。「冰箭」芯一級的兩臺氫氧發動機，不僅能產生最高140噸的推力，而且能通過發動機的一起擺動或各自擺動，改變火箭的飛行軌跡。但要跳好這樣的太空舞步，並不容易。
其三，發動機關機。不像我們駕駛汽車踩個剎車這麼簡單，火箭關機對於時機有著極端精確的要求，因為這將直接影響入軌的精度。長徵五號動力系統設計提供不同的關機方式，可以按照預先設定的時間定時關機，也可以根據燃料的剩餘量採取推進劑耗盡的關機模式，讓火箭飛得更精準，也飛得更安全。
在我國近日公布的「冰箭」動力試車視頻中，整個試驗區被發動機強勁的轟鳴聲籠罩著。點火後，火箭芯一級各系統工作穩定，發動機按照預定程序正常關機，兩臺地面推力50噸級的液氫液氧發動機還按照飛行要求進行了全程搖擺試驗。可以說，實驗達到了預期目的。
除了這樣的大關口，「冰箭」研製還翻過了無數的小山峰。如氫氧燃料的研製、氫氧發動機的研製、燃料儲箱的研製、儲箱液氫狀態低溫靜力試驗、貯箱的聲發射技術試驗、「冰箭」數字樣機模裝協調、助推器分離試驗、「冰箭」振動試驗、整流罩分離試驗等等。據統計，10年來，「冰箭」研製全面突破的關鍵核心技術達12個大項、200多個小項。
事實上，在長徵五號火箭副總指揮曲以廣看來，「冰箭」想要在2016年實現首飛，就必須先要打贏「三大戰役」。這三場戰役包括芯一級、芯二級動力系統試車，5米直徑貯箱低溫靜力試驗以及發射場合練。如今，我們在打贏芯一級動力系統試車這一「冰箭」風險最高、規模最大的一仗上，已經勝利在望。而其他戰役，年內也將打完。
夯實重型火箭根基
按照計劃，「冰箭」「滿弓射蒼穹」的時間定在明年，擇機首飛。在我國載人航天工程計劃中，「冰箭」將用於完成空間站核心艙部分的發射。另外，「冰箭」還將承擔中國探月工程「繞、落、回」三步走當中最後一步「回」的發射任務。
此外，對中國航天技術發展而言，以「冰箭」為跳板，未來實現在重型火箭研製方面無疑是我國航天的戰略之一。
重型運載火箭是指火箭起飛推力在3000噸上下、近地軌道運載能力在100噸左右的火箭。美國和俄羅斯在上世紀六七十年代的太空爭霸中分別研製了土星五號和N1兩型重型火箭，兩國在沉寂40年後，又都再次啟動了重型運載火箭研製工作。
據介紹，我國未來重型運載火箭構想的箭體直徑達到9米、全長近100米、起飛質量達到3000噸、近地軌道運載能力達到100噸。航天專家對此表示，以現有技術，如果要實現登月，重型運載火箭直徑就要比「冰箭」更大，達到10米這樣的量級。此外，在火箭的焊接技術、原材料、大推力發動機等領域，都需要進一步提升。
對於我國重型火箭出爐的時間節點，航天科技集團董事長雷凡培曾透露，中國將用15年左右的時間完成推力3000噸級的重型運載火箭研製，2030年左右實現首次飛行，可用於載人登月和大規模深空探測。
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中國還在研製哪些新型火箭
在今年的全國兩會上，全國政協委員、中國航天科技集團中國運載火箭技術研究院黨委書記梁小虹對本報表示，我國火箭家族中的新一代小型運載火箭——長徵十一號運載火箭，將在年內首飛，長徵七號火箭進入首飛前最後衝刺階段，而被喻為「太空擺渡車」的遠徵一號即將迎來首次「太空之旅」。
梁小虹介紹，長徵十一號運載火箭是我國研製的首枚固體運載火箭，與現役以液體推進劑為動力的長徵系列火箭相比，它的發射準備時間由「月」縮短為「小時」，將大大提升我國快速進入空間的能力。它最大的優勢是「快速、便捷、靈活」，可實現衛星快速組網和補網，能很好地滿足自然災害、突發事件等應急發射需求。
目前，長徵十一號運載火箭已完成研製階段的各項工作，進入首飛前最後準備階段。
同時，梁小虹說，新一代中型運載火箭長徵七號計劃今年年底完成遙一火箭總裝，目前已進入首飛前最後「衝刺」階段。
據介紹，長徵七號火箭掌握了一系列具有自主智慧財產權的核心技術，是我國首枚「數位化」火箭，從設計到生產，均採用全三維數字平臺，這就好比從「連環畫」過渡到了「3D電影」時代。
梁小虹還透露，我國新一代上面級（指運載火箭最上面的一級或多級，其以下的幾級火箭被稱為基礎級。）遠徵一號即將迎來誕生後的首次「太空之旅」。
他介紹，今年，遠徵一號將與長徵三號丙火箭共同執行發射任務，在火箭將其送入預定軌道後，獨立地將要發射的衛星直接送入預定軌道。像擺渡車將車內的乘客送到不同地點一樣，遠徵一號能將所運載的太空飛行器送入不同的太空軌道，因而被研製人員形象地喻為「太空擺渡車」。