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写在“胖五”成功发射之后

写在“胖五”成功发射之后

作者: 旋翼君 | 来源:发表于2018-07-21 23:47 被阅读0次

本文原作于2016年11月4日。


昨晚航班落地一开机,朋友圈里满满的都是胖五在刷屏,几个新闻类APP里面也都是胖五当仁不让的占据了首页的前几条。即便在摆渡车上和等出租时,周围也有人看着手机在和同伴议论这个一飞冲天的胖子。好吧,那我也不能免俗的随便聊聊吧。

从新闻里,大家不难发现为何这个在长征七号之后发射的长征五号居然有更大的影响力。就是因为她——

而且这枚胖子身大力不亏,发射能力居然翻了赫赫有名的家族前辈“长二捆”的2.5倍,而且比前不久首发成功的“长七”也提高了近一倍。运载能力一举跨入世界前列,的确可喜可贺。

下面就随便谈几个或许有趣的问题吧:

一、胖五和马屁股:

除了使用的燃料和之前的不同外,各位看官可能最直接能看到的数字就是“芯级直径5米”这个数据,而胖五之名也源于此。这个有啥特别吗?当然特别,因为在胖五之前,长征系列火箭芯级的最大直径都没有超过3.35米这一“马屁股”限制。

何谓“马屁股”限制?其实这是由火箭的运输工具造成的限制。火箭的制造往往都不是在发射基地,而是在别处造好,运输到发射基地的总装车间完成最后的起竖、组装,然后用专用“大平板”送上发射架。那么之前我们的发射基地都在内陆,无论是酒泉还是西昌都是。火箭运输到这里依靠的就是火车

那么运输时就要受到铁路运输最大宽度的限制。这个值是多少呢?就是3.35米!超过这个尺寸,在经过桥梁、涵洞时就不能保证货物不和两边的障碍碰擦。而这个3.35米又是由我国的1435毫米的轨距决定的(也是国际标准轨距)。

那么和马屁股有啥关系呢?

1825年通车的世界上第一条营业铁路,英国的斯托克顿——达灵顿的铁路就是采用的1435mm轨距。1846年英国国会把这个轨距确定为标准轨距,非经特准,禁止在新铁路线上采用其它轨距。当时的英国是资本主义强国,因此也把这个标准推行到他们的殖民地和势力范围去。例如,主持修筑中国的第一条铁路——唐胥铁路的工程师是英国人克劳德·威廉·金达,他就力主采用四英尺八英寸半的轨距。从现实情况看,全世界采用1435mm轨距国家占多数,所以把1435mm定为国际标准轨距也就顺理成章。

更早的时候,这个宽度在2000多年前就已经有了。公元前55年,古罗马的军队曾坐着具有上述宽度车轮的战车侵入大不列颠群岛,在英国的道路上到处都深深地留下了两轮间距离为1.435米的车辙,这是古罗马人规定,四点八五英尺正是罗马战车的宽度。罗马人为什么用四点八五英尺为战车的轮距宽度呢?原因很简单,这是两匹拉战车的马的屁股的宽度。当时英国人为了方便四轮马车行驶,也把马车轮制成了同样的宽度,并相沿成习。后来,英国制造出了火车,铁轨也仍采用了这个宽度。结合上面的原因,古罗马的马屁股宽度决定了铁轨的轨距,进而决定了铁路运输货物的最大宽度,最后成了限制飞向太空的运载火箭的“马屁股限制”。

那么,胖五为何可以不遵守这个限制?那还多亏的文昌发射基地的投入使用。文昌基地在海边,就可以选择用海运的方式将火箭从位于其他地方制造厂送来。而不必像位于内陆的酒泉、西昌基地那样依靠铁路。

(远望号火箭运输船)

由此,胖五可以一举由3.35米直径,涨到5米直径。直径涨了大约50%,截面积更是增长了原来的2.2倍以上。同样的箭身长度下,就可以容纳更多的燃料。容乃更强劲的火箭发动机。这就是胖五运载能力直接大幅度提高的主因。

二、胖五排名几何?

今天各个媒体纷纷不甘寂寞的开始给胖五排名了。有说世界第7的,有说第2的,更有说第1的。大致看了看,排名都不是很严谨。但基本都是参考了近地运载能力和地球同步轨道运载能力的数据。排名之所以有那么大的差距,因为有的是列举了历史上的所有火箭,有些只说现役的火箭。

其实火箭的排名是个很复杂的因素:考虑载运能力、考虑发射成功率、考虑发射次数等等。甚至在最顶端的较量中是要考究月球同步轨道运载能力以及火星同步轨道运载能力的。

我这边不想凑这个热闹也拉一个排名。只是想大致说一下其他几个胖子。有趣的,其中有几个也可称为“胖五”。

特别是当年将阿波罗飞船送上月球的土星5号

美国的土星5号是截至目前仍是人类历史上使用过的自重最大的运载火箭,高达110.6米,起飞重量3038吨;总推力达3400吨左右,月球轨道运载能力45吨,近地轨道运载能力118吨。这是个不折不扣的超级“胖五”。其1级火箭的直径达到了骇人听闻的10米!截面积是我们胖五的4倍!

这枚四十年前的超级重型火箭所创下的记录至今还没有被打破过。一方面是他的设计师冯·布劳恩,也就是二战时纳粹德国V2火箭的主要设计师是个不折不扣的天才加疯子;另一方面也是当时美苏太空竞赛大背景下不惜工本的结果。

当年“土胖五”对手是苏联的N1火箭,也是个大块头。被称为苏联的土星5号。

可惜,N1的几次发射全部以失败告终,愤怒的苏联政府当时宣称是美帝破坏的结果。随后,在苏联解体前夕,他们又研发出了更大的“能源”号火箭。用于发射“暴风雪”号航天飞机(也可单独使用发射其他载荷)。 并成功发射了2次。

能源号是迄今唯一一种接近“土胖五”的超重型运载火箭,近地轨道运载能力也突破百吨。只可惜,随着苏联解体,能源号和暴风雪号一起被废弃。令人扼腕叹息。

除了“土胖五”之外,世界现役运载火箭中还有一个“胖五”,那就是欧洲的阿丽亚娜5。

“阿胖五”  比我们的“胖五”  还要略微胖那么一丢丢:她的直径是5.4米。不过运载能力比起“胖五”又低那么一丢丢。因此,纯粹看参数而言,咱们的“胖五”应该是超过了“阿胖五”。当然,是否真的超过,还是需要日后的一次次发射,用成功率再牢牢锁定这个位置的。

如果没有记错,除了上面介绍的这些个胖子,近地轨道发射能力在20吨以上的就只有美国波音公司的德尔塔IV重型运载火箭了。

“大德子”的芯级直径也是5米,可是两个捆绑的助推火箭和芯级一般粗细,一级点火时,整个一个三胞胎齐齐上阵的赶脚啊。因此,他的近地运载能力超过了28吨。

除了上面介绍的这些个胖墩,剩下的小伙伴都是近地载运能力在20吨以下的了。20吨是个很关键的坎儿,因为像空间实验室、空间站的核心部分,往往需要这样运载能力的火箭才能发射。而我们在胖五成功发射之后,  打造真正的“天宫”也就有了运力上的保障。

罗嗦了这么多,其实就是想说:别太纠结胖五的排名几何。只需要知道,胖五已经在载运能力上一举跨入现役火箭最前列就可以了。这是航天发展中非常关键和重要的一步。

当然,据媒体说,我国还在继续研发直径10米级别的超重型运载火箭。这种近地轨道运载能力超过100吨的超级庞然大物是载人登月、深空探测等等的进一步保障。真心希望早日看到超级大胖子的成功发射。

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