萬丈高樓，起于設計,。

　　長征五號運載火箭的設計沒有太多經驗可以直接拿來，它是真正的跨代研制項目,，是在一張白紙上重新畫下每一根線。

　　運載火箭專家,、中國工程院院士龍樂豪說,，長五火箭是新一代運載火箭的老祖宗。從這個意義上說,，在我國火箭發(fā)展史上,，長征五號運載火箭與長征二號運載火箭有著相似的意義。長五火箭啟動研制是為了全面提升我國進入空間的能力,，而不是以發(fā)射某個特定載荷為目標,。

　　“以前是兩地之間需要一條路，于是就修這么一條路,。而研制長五火箭是修一條高速公路,，把沿線地點都帶動起來?！遍L五火箭總設計師李東說,，這是設計理念上最重要的突破，表明了頂層決策的重大進步,。

　　從2006年10月到2009年2月,，用時約29個月，長五火箭在中國航天科技集團公司設計師的計算機里逐漸成型,。

　　“像一棵樹,，慢慢長，越來越清楚,?！遍L五火箭副總指揮曲以廣形容這一過程。

　　12項核心關鍵技術,，247項關鍵技術,，接近100%的技術創(chuàng)新，從設想逐步走進現(xiàn)實,。高可靠性,、低成本,、無毒無污染,、高適應性、高安全性……長五火箭躋身國際最先進火箭之列,，起步于設計理念的先進,。

一：大火箭之大

　　“實現(xiàn)大運載能力,，一靠大發(fā)動機，一靠大結構,?！崩顤|說，火箭要么“長高”,，要么“長胖”,，太高就變得細長，結構強度減弱,。所以,，大直徑變成了必須突破的屏障。

　　設計師的難題在于,，不僅要大,，還要輕。與其他工業(yè)產品相比,，設計火箭最關鍵的約束就是重量,。

　　好鋼用在刀刃上，火箭設計師將重量一邊省給燃料,，一邊省給載荷,，箭體自身則越輕越好。這一主題貫穿設計始終,。

　　長五火箭副總設計師婁路亮回憶,，為了給箭體減重，設計師曾經歷過壓力相當大的一段時間,。通過智能減載,、優(yōu)化結構、更換材料,、創(chuàng)新工藝等措施,，他們最終成功為火箭減重?！斑^程當中,，我們大膽趟出了很多前人沒有走過的路?！?/p>

　　長五火箭的創(chuàng)新設計,，是從總體優(yōu)化開始的。

　　研制之初,，長五火箭就確定了系列化,、組合化、模塊化的研制思路,，力爭以最小的投入得到最大的產出,。

　　長五研制帶動的大推力液氧煤油發(fā)動機,、控制系統(tǒng)的系統(tǒng)級冗余等，已經被新一代運載火箭所共享,。

　　按照系列化思想,，長五同時開展了6種構型的總體設計，從低軌道到高軌道的運載能力實現(xiàn)全覆蓋,。

　　最初設計時,，包含5米直徑芯級、3.35米直徑助推器,、2.25米直徑助推器幾個標準模塊,，以不同的組裝方式可以實現(xiàn)不同的運載能力。

　　當年統(tǒng)稱為長五火箭的6種構型中,，后來分出了長征六號和長征七號,，并早于長征五號訪問太空。像一棵樹,，慢慢長,，枝葉越來越繁茂。

二：大火箭之力

　　大,，太大,，當然是長五火箭與其他長征火箭相比最重要的外形特征。除了這一點,，最明顯的差異當屬助推器的斜頭錐,。斜頭錐有著優(yōu)異的氣動外形，是減少空氣阻力的不二之選,。

　　但助推器設計的高超之處,，遠不止如此。

　　研制之初,，長五火箭總體與助推器分系統(tǒng)經過長時間聯(lián)合論證,，最終定下包括斜頭錐、前捆綁主傳力,、助推主支撐等全新技術在內的助推器方案,。當時歐洲阿里安5火箭已經使用了這些技術，但大量關鍵技術在國內還是空白,。

　　斜頭錐和前捆綁傳力,，使得助推器從內而外成為一個非對稱結構。箭體非對稱結構比對稱結構的設計更為復雜,。

　　長五火箭副總指揮兼副總設計師鮑國苗說,，一個長五助推器的研制難度，不亞于其他常規(guī)火箭的芯級。

　　最終,，助推器研制時間長達10年，“小小的”斜頭錐也經歷了六七年才定型,。

　　助推器設計的唯一宗旨,，就是在起飛時提供足夠大的推力，克服地球引力,。以往的長征火箭,，助推器依靠接近尾部的后捆綁點向芯級傳力，實現(xiàn)較為容易,，但效率不及前捆綁點傳力,。采用前捆綁點傳力，還可以為芯級減輕負擔,，將節(jié)省下來的重量用于載荷與燃料,。長五火箭果斷選擇了前捆綁主傳力方案。

　　長五火箭豎立時,，依靠4個助推器底部共12個支撐點“踮腳”站立,。所以在發(fā)射瞬間，每個助推器需要將底部3個支撐點的推力最高效地傳送到頭錐內側的那個前捆綁點上,，帶動火箭起飛,。助推器內部的力“先擴后收”，軌跡復雜,，設計更復雜,。

　　“這種偏置集中力的計算，在仿真和試驗時難度極大,?！滨U國苗說。

　　難度到底多大,？當他們將數字仿真計算的任務交給國內實力最強的高校時,，對方起初坦言難以勝任。

　　可以說,，長五火箭帶動了國內復雜結構大偏置力設計,、仿真與試驗能力的大跨度進步。

三：大火箭之智

　　由箭載計算機,、傳感器,、線纜等組成的控制系統(tǒng)，遍布火箭全身,，源源不斷傳輸著龐大的數據,，并迅速計算出結果，指揮火箭向哪飛、怎么飛,。

　　“簡潔,、智慧、靠譜,，是長征五號控制系統(tǒng)的設計理念,，也是最明顯的優(yōu)點?！遍L五火箭副總設計師李學鋒說,。

　　長五火箭控制系統(tǒng)采取了大量首創(chuàng)的控制策略，突破了26 項重大關鍵技術,，綜合性能指標達到全球先進水平,。

　　火箭飛行時，要實時控制飛行姿態(tài),，保證不偏航,，尤其是在飛越大風區(qū)時，要避開對箭體結構造成的最大應力,，并精確分離,、精準入軌。這是控制系統(tǒng)的職責,；

　　長五點火起飛時,，10臺發(fā)動機一起發(fā)力，推力超過1000噸,。讓這些發(fā)動機在飛行中始終提供最大推力,，這也是控制系統(tǒng)的職責。

　　　長五火箭控制系統(tǒng)設計師將火箭飛行控制和燃料利用集成這兩個功能統(tǒng)一在了一個數字化網絡平臺上,，既控制飛行姿態(tài),，又控制發(fā)動機的利用。這種“總線控制技術”為我國新一代運載火箭首創(chuàng),。

　　為了提供最大推力,，液氧煤油和液氫液氧兩種發(fā)動機需要被合理分配，甚至點火時間也有毫秒級的先后之分,，這就需要采用不同的控制策略,。為此，設計師全球首創(chuàng)了大推力發(fā)動機精準關機技術,。

　　類似的全球首創(chuàng)技術,，長征五號控制系統(tǒng)一共有5項，打造了全球先進的“火箭大腦”,?？雌饋?，火箭一點火，“轟隆”一聲就飛了,。其實,，火箭全身上下都被控制系統(tǒng)精確地調控著。

　　“ 這都是精細活兒,?！崩顚W鋒說，長五火箭里,，控制系統(tǒng)的電纜線總重超過1噸,。

　　而完美干出這些精細活兒的并不是地面上的人,，是箭載計算機,。

　　火箭一旦點火升空，就進入了“自動駕駛”模式,?！盎鸺邸薄獞T性測量組合每20毫秒感知一次火箭的速度、位置和姿態(tài),，傳送給箭載計算機,。計算機飛快運算，指揮火箭實時作出調整,。

　　長五火箭的高可靠性也有著控制系統(tǒng)的卓越貢獻,。長五火箭全面采用了系統(tǒng)級冗余技術，核心控制儀器均采用三取二冗余技術,，主流的可靠性技術長征五號一應俱全,，即使發(fā)生了小故障也不影響成功。

　　“既然要搞新一代,，就搞可靠性最高的,。”婁路亮說,，長五火箭的設計可靠性達到我國火箭的最高值：0.98,。也正因為這么高的可靠性，研制團隊對高風險的首飛信心很足,。

四：大火箭之助

　　液氧煤油發(fā)動機和液氫液氧發(fā)動機早就被認可為環(huán)保,、高效、受歡迎的兩類液體火箭發(fā)動機,。半個世紀前出版的《星際航行概論》中,，“中國航天之父”錢學森就盛贊過它們。

　　但縱觀國際航天界,，點火起飛時使用異型液體發(fā)動機,，還要追溯到蘇聯(lián)的能源號火箭。異型發(fā)動機“脾氣”不同，從點火到建立推力再到平穩(wěn)起飛,，控制難度大于同類發(fā)動機同時工作,。

　　長五火箭芯一級的氫氧發(fā)動機推力為50噸級，助推器使用的液氧煤油發(fā)動機推力為120噸級,。既然如此,，芯一級為什么不干脆也使用推力更大的液氧煤油發(fā)動機呢？不僅外行人會感到疑惑,，在方案落定之前,，一些業(yè)內人士也曾提出過這個問題。

　　這是設計團隊在1000多種方案中篩選出的最合理搭配,。原因在于,，絕對推力并非運載能力的決定性因素。

　　當火箭升空之后,，火箭對比沖的要求提升,，對推力的要求降低。燃燒同樣質量的液氫液氧混合物產生的氣流速度比液氧煤油更高,，能將火箭送往更高的軌道,。

　　液氫與液氧是當前火箭燃料中最高能的物質，大推力液氫液氧發(fā)動機是航天科研水平的標志,。我國大推力液氫液氧發(fā)動機2001年立項,，比長五火箭立項還要早5年。

　　發(fā)動機是航天航空工業(yè)中的一道難關,，被稱為“ 工業(yè)桂冠上的那顆明珠”,。為什么這么難？

　　長五火箭副總設計師王維彬說,，就氫氧發(fā)動機來說,，它將低溫、高溫,、高壓,、高轉速、高熱流密度等極端特性集于一身,，在極短時間內發(fā)生難以想象的劇烈變化,。而大推力比之小推力，又難上加難,，“就像建一座普通體育館和鳥巢的區(qū)別”,。

　　以人為本、安全可靠,、綠色環(huán)保,，是長五火箭研制初期就定下的設計原則,。在設計長五火箭時，設計師努力實現(xiàn)了液氫加注時不需要人值守,。他們通過應用大量新技術,，減輕了人的工作強度，使得發(fā)射前準備工作簡化,。否則,，如此大體量的低溫火箭，射前準備工作會讓人忙碌得難以想象,。

五：大火箭之美

　　被昵稱為“胖五”的長五火箭,，身材健壯但比例勻稱。

　　“很多人感覺看起來很舒服,、很漂亮,，整流罩和斜頭錐都很漂亮?！钡O計之初其實并沒有考慮到這種美感,，李東說,，“設計師們只是在尋找一種最合理的設計,。”

　　整流罩采取了馮·卡門曲線設計,，這一由“ 導彈之父”發(fā)現(xiàn)的曲線,，可以有效地減小空氣阻力，減輕載荷影響,；助推器采取斜頭錐設計,，與芯級優(yōu)美銜接。長五火箭的外形因而圓潤而飽滿,。

　　“合理,、協(xié)調的東西都是美的，人長得漂亮肯定也是比例勻稱的,。通過設計獲得了最合理的外形,、最小的氣動阻力、最有效的傳力方式,，各分系統(tǒng)互相協(xié)調也是最和諧的,，自然就美了?！崩顤|說,。

　　大火箭之美，其實并非完全由它的曲線和比例判斷,，與它的色彩,、噴繪關系也不大,。

　　當高達20層樓、壯如小山的長征五號真正矗立在面前時,，你會感到：大即是美,。在發(fā)射一瞬間，地動山搖的時候,，這種感覺更加強烈,。看到它的人情不自禁贊嘆它“ 漂亮”的時候,，其實是在說它的“大”,。

　　因為大火箭的背后，是國家科技能力,、制造水平的全面體現(xiàn),，是我國向航天強國、科技強國,、制造強國目標前進的實實在在的一步,。所以，火箭越大,，就越是航天科研實力的壯大,，就越是國家實力的強大，就越能在探索宇宙的道路上再躍進一大步,。

　　榮耀的起點,，歸于長五火箭的設計師。他們人數多達上萬,，其中核心人員也多達上千,，正值壯齡。副總設計師楊虎軍,、婁路亮等一批航天青年干將,，伴隨了長五火箭10年，至今也才40歲左右,。

　　一位全程參與長五火箭組織工作的人見證了他們的付出,，說：“他們把最好的10年獻給了這枚火箭?！?/p>