何怡 科技日報記者?付毅飛

時隔2年多，“胖五”的身影又回來了。12月27日，長征五號遙三運載火箭在在中國文昌航天發射場一飛沖天，令現場一片歡騰。

在長征五號火箭體內，流淌著零下253攝氏度的液氫和零下183攝氏度的液氧，因此它也被稱作“冰箭”。

記者從中國航天科技集團了解到，長五遙三火箭身上，裝有該院研制的四型共30臺發動機，分別是8臺120噸級液氧煤油發動機、2臺50噸級氫氧發動機、2臺9噸級膨脹循環發動機，以及18臺姿控發動機。

為了讓“冰箭”擁有完美的心臟，六院人太難了。

科技日報記者付毅飛 攝

氫氧發動機：冰火兩重天的考驗

氫氧發動機對于長征五號火箭有怎樣的意義？

打個比方，如果把常規火箭和“胖五”相比，攜帶同樣的“行李”，前者自重將達到1000噸，“胖五”卻只有600噸。所以，“胖五”雖然看起來胖，身體卻更輕盈，運載優勢也就更明顯。而讓它減負增力，液氫液氧推進劑功不可沒。

不過，液氫液氧雖然帶來了高性能，它們極低的溫度也給研制人員帶來了不少麻煩，首先就是尋求適合氫氧發動機的制造材料。

一方面，液氫的溫度低至零下253度，發動機材料必須經受住如此極寒。另一方面，發動機工作時，燃燒溫度在一瞬間就能達到3300攝氏度。這樣的工況讓發動機材料面臨著“冰火兩重天”的巨大考驗。

在發動機的加工和裝配上，也有極高要求。發動機零組件眾多，動態組件和靜態組件之間需留有一定間隙，這些間隙會隨著組件材料的熱脹冷縮兒發生變化。發動機在常溫狀態制造和裝配，如果低溫時間隙過大，零組件運動時會產生振動；如果間隙調得太小，動態、靜態組件抱得太死，又會影響發動機正常工作。要給這些組件設置好精密的“三八線”，需要設計師們好好下一番功夫。

此外，氫易燃易爆，液氧在高壓下極易泄漏，一不留神就會起火、爆炸，這都是研制團隊需要面對的難題。

液氧煤油發動機：細微之處有看點

別看火箭是個龐然大物，研制裝配過程中卻要細致入微。例如常規火箭裝配時，一根頭發絲都被視作多余物，需要清理干凈，以免留下安全隱患。

而對于長征五號火箭來說，連裝配人員在艙體呼出的二氧化碳都是多余物。別以為這是小題大做，如果不及時進行氣體置換，二氧化碳會在低溫狀態下凍結成固態，那就成為看得見摸得著的多余物了。

實際上，在“胖五”身上，每一個細節都值得深究。

“胖五”發射時，作為助推器的8臺120噸級液氧煤油發動機和芯一級2臺50噸級氫氧發動機幾乎同時點火，場面十分壯觀。鮮為人知的是，在液氧煤油發動機點火前，工作人員會向發動機燃燒室強制吹入高壓氮氣，改善最先點火燃燒組件的工作條件，讓發動機點火時，壓力等關鍵參數穩步上升，實現點火瞬間的“快且柔”。這個環節被設計人員簡稱為“強吹”。

所以，當“點火”指令下達時，我們最先看到的其實是芯一級發動機噴出火焰，助推器則是緊跟著點火，這時候“強吹”就已經在起作用了。

如果沒有“強吹”環節，“胖五”起飛瞬間會更加猛烈和震撼，卻做不到如今這般力與柔的完美結合。

輔助動力系統：個子小作用大

“胖五”身上的18臺姿控發動機以及配套的氣瓶、閥門、管路和貯箱，是為“冰箭”特別定制的輔助動力系統。雖然體量不及液氧煤油和氫氧發動機，但這套系統卻是唯一涵蓋增壓氣體裝置、輸送系統、推進劑貯存裝置和推力室的獨立、完整動力系統。它們裝配在火箭二級氧箱尾部，負責二級發動機滑行階段的推進劑沉底管理、姿態控制和星箭分離前的末速修正。

什么叫沉底？要知道，太空中沒有重力，火箭箱體中的液氫和液氧是以懸浮狀態存在。為了讓液氫和液氧貼合在火箭箱體底部，進而可靠實現膨脹循環氫氧發動機的二次起動，就需要4臺300牛發動機和2臺60牛發動機來發揮作用。

姿態控制指火箭的俯仰、偏航和滾轉，好比人在游泳時上下浮沉、左右擺頭和左右翻轉這三個動作。“胖五”的前兩個動作分別由4臺300牛發動機完成，滾轉則由4臺150牛發動機完成。

在星箭分離前，負責沉底管理的4臺300牛發動機還會為“胖五”再次加速，讓衛星與箭體分離時具備合適的初始速度，以便后續精準入軌。

這些發動機作用不小，個頭卻不大。它們大的相當于一個保溫杯，小的跟一次性紙杯差不多，成年人一只手就能抓住。

可是它們的工作環境極為惡劣，既有大發動機帶來的強烈振動，又有火箭級間分離時產生的沖擊，還要承受液氫液氧的低溫環境和膨脹循環發動機工作時的熱流環境。

為了讓它們能夠堅守崗位，研制團隊制定了嚴苛而全面的“訓練計劃”，讓這些精巧的發動機百煉成鋼，實現工作時間累計2000秒，工作累計數百次，為“胖五”的飛行保駕護航。