长征五号是长征系列火箭中第一个直径达到5米的大胖子，被火箭研制者们亲切地称为“胖五”。想知道这个外表憨厚的“胖五”有哪些精巧有趣的技术创新吗？请看经济日报 中国经济网记者从中国文昌航天发射场发回的报道——

新型动力 绿色环保

“胖五”作为我国目前最大推力的运载火箭，其最大亮点就是拥有强大的绿色环保“中国芯”——三型两种新型火箭发动机。它们就是2001年立项的50吨级氢氧发动机、2006年立项的9吨级膨胀循环氢氧发动机和2000年立项的120吨级液氧煤油发动机。这是航天科技集团六院“长征五号”新动力研制人员历经20余年创新攻关交上的优秀答卷。

三型发动机各有特色。

50吨氢氧发动机是“胖五”的芯一级主动力，是我国首台大推力、高性能、地面起动直接入轨的氢氧发动机，由两台独立工作的单机通过机架并联构成，地面推力达100吨，具有完全自主知识产权，100%国产化，综合性能达到国际先进水平。它的研制成功，填补了我国大推力氢氧发动机空白，使我国液体火箭推进技术的整体水平跨上一个大的台阶。

膨胀循环氢氧发动机在工作过程中，全部推进剂都能无损失地燃烧产生推力，性能高，也因此被业内称为“最优动力循环”。作为“胖五”的芯二级主动力发动机，9吨级膨胀循环氢氧发动机采用先进的闭式膨胀循环系统，且可以通过多次启动助推火箭进入地球转移轨道。它的研制成功，标志着我国上面级氢氧发动机达到了世界先进水平，实现了重大技术跨越。研制过程中获得了超高转速氢涡轮泵技术、主动引射高空模拟试车技术等为代表的一批具有自主知识产权的先进成果。

“胖五”的助推级采用了120吨级液氧煤油火箭发动机。这款发动机是我国单管推力最大、技术最先进、应用前途最广泛的新型动力装置，该发动机的研制，填补了我国补燃循环发动机技术空白，使我国成为继前苏联之后第二个掌握高压补燃循环液氧煤油发动机技术的国家，实现了从常规有毒推进剂开式循环液体推进技术至绿色无毒推进剂闭式循环液体推进技术的巨大跨越。以液氧煤油发动机为主动力的长征五号新一代系列运载火箭，运载能力与国外最先进的“阿里安5”“宇宙神5”“德尔塔4”“安加拉”运载火箭达到同一水平。

“薄皮大馅” 坚不可摧

长征五号运载火箭这个大胖子，身高约57米，起飞时体重约870吨。大家肯定会觉得，“胖五”外壳必须特别厚重，才能足够坚固?？墒悄阒缆?？火箭壳体“蒙皮”厚度是毫米级。

火箭的外壳专业术语称为“蒙皮”?！懊善ぁ钡闹饕牧衔梁辖?，这种材料强度高、耐腐蚀、重量轻、成本低，在长征三号甲系列、长征二号F等火箭飞行过程中综合性能最好，是做“蒙皮”的最佳选择。其中最重要的一点是，铝合金材料轻，可以为火箭减轻重量，人们形容火箭是“薄皮大馅”，“蒙皮”薄了，就可以装更多的燃料，“举”起更重的卫星。

火箭要外壳轻薄，更要坚不可摧。为此，航天科技集团中国运载火箭技术研究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，组成火箭的壳段。该院火箭箭体结构设计师邵英翠介绍：“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，就保证了整体结构的强度和刚度?！?/p>

当然，如果“蒙皮”过薄，靠不断加密内部框架来保证坚固性的话，反而会使体重增加，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。随着技术不断进步，设计人员计算得越来越精确，火箭结构也越来越优化，“蒙皮”的厚度也随之变得越来越薄。

箭体结构设计人员李操说：“在满足箭体刚度和强度的前提下，火箭壳体薄了，整个火箭的重量就减轻了，既能保证有效承载，也让火箭飞行得更完美?！?/p>

邵英翠说：“以‘长五’火箭为例，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。”

“冰箭”不冷 三层防寒

“胖五”也称冰箭，因为它肚子里装满深低温液氢液氧燃料，其中液氢温度达零下253摄氏度、液氧达零下183摄氏度。

火箭体内90%以上都是这种深低温燃料，但火箭并不冷，外表面温度依然可以保持在0℃以上，这是因为火箭的燃料贮箱外都穿着“防寒服”，让火箭内部的仪器、设备、电缆等正常工作。

“防寒服”有里有面共3层，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?！胺篮敝械摹懊藁ú恪辈荒苤苯油吭谥浣鹗舯砻?，因为贮箱受冷收缩时，“棉花”层因收缩性能比金属小会导致脱粘，影响隔温效果。所以，它有“里”有“面”。

“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”。

“防寒服”的“面”是一层蘸胶玻璃纤维织物，有0.9毫米厚，它也叫?；げ?，可以?；ぁ懊藁ā辈晃胀饨缢?、不被损坏，更好地发挥隔温性能。

“棉花”层全称“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种原材料按照配比高速撞击混合反应而成。航天科技集团中国运载火箭技术研究院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、固化成形。

“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，材料研制人员为此做了千余次试验，研究新型“棉花”层的性能。

数字总装 自动合体

过去，我国运载火箭芯级的贮箱、箱间段“合体”靠手动完成。现在，“胖五”大火箭却实现了数字化总装、“自动”对接。

过去，我国现役运载火箭芯级的最大直径是3.35米，贮箱长10米左右，它们的贮箱、箱间段“合体”时，需要有人用肉眼辨别贮箱和箱间段的对接处是否吻合，再由多名总装工人手动调整贮箱和箱间段的位置和姿态。但“胖五”的贮箱直径5米、长20米、重5吨，“眼看、嘴喊、手工推”的老办法不管用了，不仅费时费力，难以实现精确对接，还可能给大火箭造成损伤。

2012年，航天科技集团中国运载火箭技术研究院所属的天津火箭公司成立了集合多名“精兵强将”的“智能制造总体技术组”，负责数字化总装对接装备的研制和技术攻关工作。

人们设想着：用测量系统代替人的眼睛观察箭体位置和姿态；用控制系统代替“喊号手”处理测量系统的数据，并向机械设备系统传送控制指令，让机械设备系统调整箭体位置、姿态，完成对接。

攻关展开后却冒出了“拦路虎”。数字化总装对接技术负责人李新友回忆说：“由于贮箱是‘弱刚性’部件，在停放和调姿时，可能会因机械设备系统的挤压而受损。同时，由于箭体质量重达5吨，研制人员还要考虑机械设备的承重问题。作为总装对接装备的‘大脑’，控制系统要向机械设备系统的各‘关节’发号施令，而每个‘关节’的动作又不相同，这就加大了控制系统的压力……”

技术组的研制人员一方面创新思路，一方面积极与相关科研院所、高校、生产单位展开协同，最终成功“斩虎”。2013年底，他们完成了测量系统、控制系统、机械系统的生产及验收，并开展相应的试验和改进工作。

2016年春，长征五号首飞箭的总装工作全面铺开，经过反复“练兵”后，大火箭芯一级的数字化总装对接顺利完成。

李新友说：“大火箭芯一级贮箱告别‘手动合体’，让我们完成了火箭制造工艺的升级，标志着我国成为继美国等航天强国后又一个掌握数字化总装对接技术的国家?！?/p>

仿真试验 又快又省

“胖五”采用了全数字化三维设计方法，这让它的研制过程又快又省。

“台上一分钟，台下十年功”，研制人员通过先进的“数字试验”技术，在真实试验前，早已进行了成百上千次的“预演”。

一台投影仪、一个幕布……这种在会议室才常见的设备，却是技术人员进行“数字试验”设计演示的常用工具。试验件运输、吊装、装配……逼真的试验件、清晰的试验流程，“数字试验”呈现的是一组组视频动画?？捎惺辈蛔阋环种拥亩?，却要花上试验人员好几个月的时间。

“关键在计算！要保证仿真试验的可信度?！焙教炜萍技胖泄嗽鼗鸺际跹芯吭旱氖匝槿嗽彼?。以前，试验准备经常是依赖经验、靠想象?？上衷?，全凭计算和仿真。试验怎么做，要像演电视剧一样，试验人员得提前“写剧本”。

技术人员说，长五火箭个头儿最大，它的很多地面试验几乎都是全新的。就拿长五火箭全箭模态试验来说，芯一级和助推器“进塔”不光是个力气活儿，更是个技术活儿。虽说全箭振动塔几乎是为长五火箭“量身打造”，可火箭要想一次进塔成功，试验人员得巧妙地“排兵布阵”。

通过动画，能够看到1、2、3、4号助推器“四兄弟”谁先进、谁后进，得根据塔高、宽、长排次序。甚至连助推器是“头”先进还是“尾”先进、吊装倾斜角度等这些细节，都要靠试验人员通过计算来确定。

真实试验中，长五火箭一次进塔成功。如果没有预先进行的“数字试验”，这一路不知会有多少磕磕碰碰，甚至反复。

技术人员说，“数字试验”不光是对试验进行预演，更重要的是还能“预见”试验可能发生的故障，让问题提前暴露、提前解决。在一次次试验预演、实战中，“数字试验”技术不断优化，为长五火箭等新研型号的地面试验“一次成”发挥了重要作用。

全景天窗 通讯畅通

过去，我国在役火箭的整流罩都是金属铝“三明治”结构，上下两层金属铝板，中间夹层是蜂窝结构，这使得内部的卫星信号受到金属“屏蔽”，卫星装在里面无法与外界通讯，必须在整流罩上开个“天窗”，用其他透波材料打个“补丁”，才能保持卫星与地面通讯畅通。

而长征五号火箭整流罩，创新性地采用了全透波结构，让原来的“小补丁”变成了整个整流罩，就像给卫星信号开了“全景式天窗”。

航天科技集团中国运载火箭技术研究院长征五号火箭结构设计副主任设计师戴政介绍，长征五号火箭整流罩直径5.2米，透波材料的泡沫层厚度只有近30毫米，全整流罩厚度必须控制精准，才能保证结构稳定性和可靠性。

这给生产带来了大难题。戴政比喻说，泡沫结构要在两个模具中填充成型，生产时，就好比要在两个摞起来的大勺子中填充奶油，要保证奶油厚度一致，两个勺子间间距控制必须精准，否则成形后的产品就不合格。为此，生产车间进行了几个月的攻关才完成生产，这也换来了卫星的高质量通讯。

不仅如此，戴政说：“过去，卫星不同，整流罩上‘开天窗’的位置、结构就不同，没有通用性，现在的‘全景式天窗’不用考虑‘开天窗’问题，通用性强，后续设计和生产效率都将得到提高。”

作为新一代火箭的奠基之作，“胖五”全身上下、里里外外都是“新”的。它应用的先进核心技术多达247项，记者所讲述的只是其中一小部分。正是因为有了这样永不满足的创新精神，在星辰大海的征途上，中国人的太空探索梦想才能一步步变成现实。