何怡 科技日报记者 付毅飞

时隔2年多，“胖五”的身影又回来了。12月27日，长征五号遥三运载火箭在在中国文昌航天发射场一飞冲天，令现场一片欢腾。

在长征五号火箭体内，流淌着零下253摄氏度的液氢和零下183摄氏度的液氧，因此它也被称作“冰箭”。

记者从中国航天科技集团了解到，长五遥三火箭身上，装有该院研制的四型共30台发动机，分别是8台120吨级液氧煤油发动机、2台50吨级氢氧发动机、2台9吨级膨胀循环发动机，以及18台姿控发动机。

为了让“冰箭”拥有完美的心脏，六院人太难了。

科技日报记者付毅飞 摄

氢氧发动机：冰火两重天的考验

氢氧发动机对于长征五号火箭有怎样的意义？

打个比方，如果把常规火箭和“胖五”相比，携带同样的“行李”，前者自重将达到1000吨，“胖五”却只有600吨。所以，“胖五”虽然看起来胖，身体却更轻盈，运载优势也就更明显。而让它减负增力，液氢液氧推进剂功不可没。

不过，液氢液氧虽然带来了高性能，它们极低的温度也给研制人员带来了不少麻烦，首先就是寻求适合氢氧发动机的制造材料。

一方面，液氢的温度低至零下253度，发动机材料必须经受住如此极寒。另一方面，发动机工作时，燃烧温度在一瞬间就能达到3300摄氏度。这样的工况让发动机材料面临着“冰火两重天”的巨大考验。

在发动机的加工和装配上，也有极高要求。发动机零组件众多，动态组件和静态组件之间需留有一定间隙，这些间隙会随着组件材料的热胀冷缩儿发生变化。发动机在常温状态制造和装配，如果低温时间隙过大，零组件运动时会产生振动；如果间隙调得太小，动态、静态组件抱得太死，又会影响发动机正常工作。要给这些组件设置好精密的“三八线”，需要设计师们好好下一番功夫。

此外，氢易燃易爆，液氧在高压下极易泄漏，一不留神就会起火、爆炸，这都是研制团队需要面对的难题。

液氧煤油发动机：细微之处有看点

别看火箭是个庞然大物，研制装配过程中却要细致入微。例如常规火箭装配时，一根头发丝都被视作多余物，需要清理干净，以免留下安全隐患。

而对于长征五号火箭来说，连装配人员在舱体呼出的二氧化碳都是多余物。别以为这是小题大做，如果不及时进行气体置换，二氧化碳会在低温状态下冻结成固态，那就成为看得见摸得着的多余物了。

实际上，在“胖五”身上，每一个细节都值得深究。

“胖五”发射时，作为助推器的8台120吨级液氧煤油发动机和芯一级2台50吨级氢氧发动机几乎同时点火，场面十分壮观。鲜为人知的是，在液氧煤油发动机点火前，工作人员会向发动机燃烧室强制吹入高压氮气，改善最先点火燃烧组件的工作条件，让发动机点火时，压力等关键参数稳步上升，实现点火瞬间的“快且柔”。这个环节被设计人员简称为“强吹”。

所以，当“点火”指令下达时，我们最先看到的其实是芯一级发动机喷出火焰，助推器则是紧跟着点火，这时候“强吹”就已经在起作用了。

如果没有“强吹”环节，“胖五”起飞瞬间会更加猛烈和震撼，却做不到如今这般力与柔的完美结合。

辅助动力系统：个子小作用大

“胖五”身上的18台姿控发动机以及配套的气瓶、阀门、管路和贮箱，是为“冰箭”特别定制的辅助动力系统。虽然体量不及液氧煤油和氢氧发动机，但这套系统却是唯一涵盖增压气体装置、输送系统、推进剂贮存装置和推力室的独立、完整动力系统。它们装配在火箭二级氧箱尾部，负责二级发动机滑行阶段的推进剂沉底管理、姿态控制和星箭分离前的末速修正。

什么叫沉底？要知道，太空中没有重力，火箭箱体中的液氢和液氧是以悬浮状态存在。为了让液氢和液氧贴合在火箭箱体底部，进而可靠实现膨胀循环氢氧发动机的二次起动，就需要4台300牛发动机和2台60牛发动机来发挥作用。

姿态控制指火箭的俯仰、偏航和滚转，好比人在游泳时上下浮沉、左右摆头和左右翻转这三个动作。“胖五”的前两个动作分别由4台300牛发动机完成，滚转则由4台150牛发动机完成。

在星箭分离前，负责沉底管理的4台300牛发动机还会为“胖五”再次加速，让卫星与箭体分离时具备合适的初始速度，以便后续精准入轨。

这些发动机作用不小，个头却不大。它们大的相当于一个保温杯，小的跟一次性纸杯差不多，成年人一只手就能抓住。

可是它们的工作环境极为恶劣，既有大发动机带来的强烈振动，又有火箭级间分离时产生的冲击，还要承受液氢液氧的低温环境和膨胀循环发动机工作时的热流环境。

为了让它们能够坚守岗位，研制团队制定了严苛而全面的“训练计划”，让这些精巧的发动机百炼成钢，实现工作时间累计2000秒，工作累计数百次，为“胖五”的飞行保驾护航。