長征五號，為什么會被稱為“胖五”？

即將在海南文昌發射的中國新一代重型火箭長征五號，因為其體格粗壯，這種火箭被關心航天的人們昵稱為“胖五”。以往，由于我國的發射場都處于內陸地區，火箭從生產廠房向發射基地轉運時必須通過鐵路來進行。受鐵路限界的限制，以往長征火箭的芯級直徑都不大于3.35米。新啟用的海南文昌發射基地，因其處于海濱，火箭可以通過輪船運輸，可以發射直徑更大的火箭。今年6月在文昌基地成功發射的新一代中型運載火箭長征七號，為了在以后的使用中“兼容”其他發射基地，芯級直徑也被設計為了3.35米。長征五號首次突破了這一限制，芯級直徑達到5米，從外觀看壯碩了不少。

運載火箭的主要性能指標是近地軌道（簡稱LEO軌道）運載能力和地球同步轉移軌道（簡稱GTO軌道）運載能力等。近地軌道一般指軌道高度在2000公里以下的軌道，需要用重載火箭發射到近地軌道的飛行器，一般都是載人航天所使用的宇宙飛船和空間站艙段。而地球同步轉移軌道，則是指近地點在1000公里以下，遠地點為地球同步軌道高度（36000千米）的橢圓軌道。火箭在發射工作于地球同步軌道的衛星時，一般會將衛星先送到這個軌道上，再由衛星或上面級自身的動力轉移到同步軌道上。比起目前使用的長征二號、三號、四號系列火箭，長征五號的這兩個指標均有質的提高。與國際上目前使用的主流重載火箭相比，長征五號的指標也已經處于世界先進水平。下表給出了長征五號性能的縱向與橫向對比。未來，長征五號強大以其強大的推力，將在我國空間站和月球返回飛行器的發射中發揮不可替代的作用。

長征五號的起飛動力，是由火箭芯級周圍的四個助推器和火箭芯一級共同提供的。四個助推器的直徑為3.35米，看起來要比直徑5米的火箭芯級”瘦弱“不少。但實際上，無論是從他們的起飛重量還是起飛的推力來看，瘦弱的助推器絲毫不遜色于胖胖的火箭芯級。在重量上，每個助推器的起飛重量為155噸，比芯一級的175噸僅少了20噸，但每個助推器所提供的推力卻高達2400kN，比芯一級1020kN的推力高了一倍多。在長征五號約10600kN的總起飛推力中，四個助推器提供的推力占到了90%以上，胖胖的芯級只提供了10%的推力。性能的差別來源于芯級和助推器使用了不同的發動機。每個助推器安裝了兩臺YF-100發動機，使用液氧-煤油作為燃料，長征七號的芯級和助推器就全部使用了這種發動機（參見百度知道日報文章《新長征，新征途：長征七號火箭，你了解多少？》）。而長征五號的芯級則使用的是兩臺YF-77型發動機，以液氧-液氫為燃料。相對于上一代長征火箭使用的偏二甲肼-四氧化二氮發動機，這兩種發動機均是具備諸多優點的新一代發動機。對比兩種新型發動機的燃料，液氫的密度不到煤油密度的十分之一。同樣重量的燃料，液氫要占據更大的空間。為人熟知的航天飛機在發射時，體積最大棕色外貯箱，就是為了給航天飛機本身的液氧-液氫發動機提供燃料的。外貯箱的大部分體積，被低密度的液氫所占據。長征五號應該是基于同樣的原因，才需要大體積的芯級來容納低密度的液氫燃料。如果我們簡單的用助推器和芯一級的重量除以其體積計算平均密度的話，會發助推器的平均密度比芯一級的平均密度高出一倍多。可以說，“胖五”是個虛胖的胖子。

那么，火箭設計師們為何鐘情于液氧-液氫發動機呢？這是因為，這種發動機的比沖是目前液體火箭發動機中最高的一種。比沖，是火箭發動機單位重量推進劑產生的沖量。發動機的比沖越高，代表發動機的效率越高，燃燒同樣質量的燃料可以提供更多的推力。在火箭設計上，一般要求在飛行階段越靠后的的部分，比沖越高，而飛行階段越靠前的部分，推力越高。長征五號的助推器可以在起飛時提較大的推力，而芯一級的液氧-液氫發動機可以在助推器停止工作、和火箭分離后，提供比較大的比沖。歷史上推力最大的土星五號火箭，在一級采用了大推力的液氧-煤油發動機，二級采用了高比沖的液氧-液氫發動機，遵循的也是同樣的思路。但不得不承認的是，雖然長征五號整體性能優越，但發動機的技術水平相對美俄來講仍然落后。以美國的Delta-4重載型火箭為例，其使用了和航天飛機一樣的RS-68型液氫-液氧發動機，單臺發動機推力高達2900kN，是我國YF-77發動機的4倍多。Delta-4重型火箭僅適用了3臺RS-68發動機就能提供足夠的動力，而長征五號則要使用兩種共10臺發動機。

正視差距才能奮起直追。目前，航天部門正在緊鑼密鼓的進行推力為6600kN的大推力液氧-煤油發動機和推力為2000kN的大推力液氧-液氫發動機的研發工作。預計在2030年，裝備這兩種發動機的長征九號巨型火箭上將首次發射，助力我國載人登月、探索火星、飛出太陽系的壯舉。