「胖五」為了「奔火」有多拼？一組數字告訴你

姜哲 科技日報記者 付毅飛

7月23日，由中國航天科技集團一院抓總研製的長徵五號遙四運載火箭，成功將我國首個火星探測器送入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。

從火箭起飛到探測器入軌，「胖五」的飛行過程約有2167秒。可別小看這半個來鐘頭，為了確保完成任務，「胖五」可是做了精心的準備。為了「奔火」它到底有多拼？下面這組數字告訴你。

拍攝：付毅飛

每秒11.2千米，飛出中國火箭最快速度

根據發射任務要求，「胖五」需要託舉火星探測器加速到每秒11.2千米以上的速度，將探測器直接送入地火轉移軌道，開啟奔向火星的旅程。

這一速度被稱為第二宇宙速度，也被稱為「逃逸速度」。太空飛行器只有達到該速度，才能完全擺脫地球引力，飛向太陽系內的其他行星。

此前在發射月球探測器時，長徵三號乙運載火箭曾經飛出每秒10千米以上的速度。此次「胖五」發射天問一號探測器，在國內首次達到並超過第二宇宙速度，飛出了中國運載火箭的最快速度。

張高翔 攝

共設計42條發射軌道

對於普通發射任務，1個發射窗口只需要設計1條火箭發射軌道。此次任務則不同。

如把發射比作打靶，發射天問一號探測器就是在打移動靶，因為地球和火星的相對位置在不斷變化，只有不斷調整發射軌道，才能讓探測器入軌更精確，在奔火過程中節約燃料。

為此，一院研製團隊對「胖五」的軌道進行了精細化的「窄窗口多軌道」設計。

據測算，本次發射任務有連續14天的窗口期，每天的發射窗口寬度為30分鐘。研製人員將30分鐘的發射窗口細分成3個寬度為10分鐘的發射窗口，分別設計發射軌道，將軌道偏差控制在極小範圍內。任務中，通過軟體還可以實現發射軌道的自動切換選擇。

一次發射設計如此多的發射軌道，這在中國航天史上絕無僅有。

張高翔 攝

張高翔 攝

2000多秒經歷多個重要飛行時序

在「胖五」飛行的2000多秒裡，需要經歷多個重要飛行時序。

「胖五」捆綁了4個助推器，主要用於在起飛階段及一級飛行前期提供推力。起飛後約3分鐘，助推器與火箭分離。

飛行約6分鐘後，整流罩分離。整流罩主要用於保護探測器免受火箭上升過程中的氣動力、氣動加熱及聲振等有害環境影響。整流罩分離時，火箭已經基本飛出大氣層，進入太空。

飛行約8分鐘後，火箭一二級分離，二級發動機第一次點火，繼續加速。二級發動機第一次加速過程大約持續3.5分鐘，之後二級發動機第一次關機，進入大約16分鐘的滑行階段。長時間滑行技術，已經在長徵五號遙三火箭發射中進行了驗證。

此後，火箭二級發動機第二次點火，完成最後的「衝刺」，持續時間約為7.5分鐘。二級發動機第二次關機後，「胖五」還需要完成速度修正、姿態調整等過程，最終將探測器送入地火轉移軌道。

數字太多，不細說了……

一院研製團隊在產品製造、產品驗收、火箭總裝及測試等全過程中採取了20大項質量控制措施，包括關鍵項目、關鍵工序工藝質量控制，產品可靠性評估，發射場工作流程精細化再造，產品試驗充分性分析等，以確保火箭產品過程受控、質量可靠。

張高翔 攝

「胖五」是我國第一型開展全要素、全過程、全生命周期工作策劃的運載火箭，風險管控工作貫穿於型號研製全生命周期的各個階段和環節。。此次任務從設計風險、產品風險、操作風險和管理風險四個方面，全面識別風險源，梳理並分析火箭可能存在的風險項目，並從設計、分析、試驗、管理上採取了22項措施，將風險降至最低。

在長徵五號遙三火箭及長徵五號B遙一火箭基礎上，此次「胖五」共採取35項技術改進和可靠性提升更改項目，涉及箭上控制系統、測量系統、箭體結構、增壓輸送系統、動力系統以及地面發射支持系統等。

研製團隊採用故障模式及影響分析（FMEA）方法，對「胖五」單點失效故障模式及環節進行了梳理，共確定千餘項單點失效故障模式及環節。他們對於每一項單點失效故障模式，在完成分析的基礎上，從產品設計裕度、設計特性、狀態變化、試驗充分性、測試覆蓋性、環境適應性6個要素分別開展了檢查確認。

「胖五」研製過程中，研製團隊將設計特性分析與控制確認作為產品質量穩定性和一致性的重要判據，在產品驗收環節進行了重點檢查。經過檢查，全箭共識別設計特性3萬餘項，並通過實測數據、驗收複測、直接旁證等6種控制措施全部進行了控制確認，有效管控了火箭產品質量。

焊縫質量直接影響到相關產品功能、性能的實現。特別是火箭箭體結構、增壓輸送管路以及各級發動機上的關鍵焊縫，更是能夠直接影響發射任務的成敗。作為目前我國規模最大、系統構成最複雜的運載火箭，「胖五」身上共有各類焊縫5萬多條，其中絕大多數是I級焊縫。研製團隊通過X光透照、液壓氣密試驗、焊縫氦質譜檢測等多種手段，對焊縫質量進行了100%覆蓋檢查確認。其中發動機產品的焊縫還經過了校準試車試驗的考核。

現在，你知道「胖五」有多拼了嗎？

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火箭「微課堂」

錢航 科技日報記者 付毅飛

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為什麼發射「天問一號」非「胖五」莫屬

簡單來講，就是火星很遠，探測器很重，只有「胖五」才能把它送過去。

發射深空探測器，需要運載火箭提供足夠的發射能量，使探測器獲得足夠大的初始速度。在分離速度確定的條件下，重量越大的探測器，所需要的發射能量也越大。

我國發射的「天問一號」探測器由環繞器（也叫軌道器）、著陸器和巡視器（又叫火星車）組成，重量達到5噸左右，需要由運載火箭先送入地火轉移軌道，才能「飛奔」至火星。

在「胖五」問世之前，當時發射深空探測器能力最強的長徵三號乙火箭，可以將2噸左右的探測器送入地火轉移軌道，而「胖五」的地火轉移軌道發射能力超過5噸。因此，發射「天問一號」這樣的火星探測器，只有「胖五」能夠勝任。

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「胖五」發射後的殘骸如何回收？

運載火箭將衛星或飛船發射送入太空，是一個自我犧牲的過程：「肢體」完成加速使命，一節節地分離之後，有的進入更遙遠的太空，有的墜入大海，有的墜落地面。火箭飛行過程中掉下來的部分稱之為殘骸。

實際上，火箭殘骸包括很多種類。

部分殘骸是在火箭發射後幾乎馬上就會重新返回地面，甚至在火箭剛開始呼嘯震動時就開始「掉渣」「掉殘骸」。這通常是保溫泡沫或結的冰。

大部分火箭的二級或三級往往會飛得更高，它們實際上已經進入了太空。如果星箭分離時處於低地球軌道，那麼靠近大氣邊緣的氣體足以造成阻力，拖拽著火箭二級不斷減速、降低軌道高度，會在一段時間以後再入大氣層。不過大家不用擔心這部分火箭造成的威脅，它們進入大氣層時速度很大，會與大氣層空氣劇烈摩擦而焚燒殆盡，宛如流星在天空中劃出一道美麗的弧線。

我們常說的殘骸都是指火箭的大殘骸，以我國載人航天所使用的「神箭」長徵二號F運載火箭為例，在發射後三分鐘內，火箭的逃逸塔、助推器、一級火箭、整流罩等重要組成部分會相繼程序分離，由於上升的高度不高，很快就墜落回地面了。我國三大傳統發射場——酒泉、太原、西昌都位於內陸，每次發射後都需要回收這一批殘骸。

火箭發射前一周，負責殘骸回收的工作組就會奔赴「落區」。火箭的落區是經過軌道設計的，會避開城市、景區等人員密集地區和各種重點建築、設施，大多選擇在地廣人稀的偏遠山區或大漠戈壁。

火箭升空前一小時，落區上空會響起防空警報，工作組將所有人全部疏散到空曠、開闊的場地，確保人員生命安全。火箭發射升空後，會做好對空觀察，及時避讓火箭殘骸。

火箭殘骸划過天空，落入提前計算出來的預定區域。工作組會利用聲音、定位系統、地形圖等預判落點位置，並通過前方觀察哨確認殘骸具體落點，組織人員對殘骸現場進行保護。殘骸回收分隊會第一時間趕赴殘骸落點，組織技術人員將殘骸上的火工品和剩餘燃料進行清理，然後對殘骸進行切割、分解、回收。

不過，「胖五」卻有所不同。中國文昌航天發射場位於海南省，我國新一代的大型中型火箭（「胖五」、長徵七號火箭）就在這裡發射。每次發射的火箭殘骸直接墜入公海，不會造成任何的威脅，所以也就不用回收了。

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編輯：張爽、張琦琪

審核：朱麗