——解析长征五号运载火箭助推器

“大力士”长五起飞时的推力约1060吨，其中大约90%以上的推力来自于4个直径3.35米的助推器。

3.35米，是我国现役主流火箭的芯一级直径，也就是说，一枚长五的助推器，与我们熟知的其他长征火箭主体一样粗。

全新结构意味着设计、仿真、制造、试验的各环节都要更新换代，甚至是从零开始。“研制规模与难度很大，不亚于现役运载火箭的芯级。”来自中国航天科技集团公司的长五副总指挥兼副总设计师鲍国苗说。

科研人员用10年时间打造成功中国“最强助推”，在11月3日长五成功叩问苍穹的过程中，它们绑得牢、撑得住、点得着、分得开，完成了托举大力士的使命。

绑得牢：0.1平方米承重300多吨

长五助推器首次采用了斜头锥设计，4个助推器头锥偏向火箭芯一级，就像歪着头靠在芯一级的身上一样。别看这几个头锥在全箭上不太起眼，其实每个都是用3000多个零件铆接而成的。

长五火箭外观圆润，很大程度上就是因为助推器的斜头锥设计和整流罩的冯·卡门曲线外形，它们使得火箭整体呈现出流线型。

斜头锥不仅圆润，而且还很强悍。长五的每个助推器与芯级通过前后两个捆绑点连接在一起，火箭飞行时，助推器产生的推力传递给芯级的责任主要依靠前捆绑点，而前捆绑点就位于头锥上。

于是，头锥上不足0.1平方米的前捆绑点处，需要承受300多吨的偏置集中力载荷。为了达到这样的结构强度，科研人员将1吨多重的高硬度钢材在数控机床上加工到100多公斤，打造出高强度、高硬度材料，生产出了连接助推器与芯级的前捆绑点轴承支座。

撑得住：12个支点撑起870吨大火箭

与其他长征火箭不同，长五直立时，底部支撑在平台上的是助推器，而不是火箭芯级，这种方式一般用在助推器质量和芯级相对较大的捆绑式火箭上，例如美国的航天飞机、大力神3C/4火箭、欧洲的阿里安5号火箭等。

长五推进剂加注完成后，4个助推器承担了全箭约870吨的重量，依靠的是总计12个支撑点。

要实现这种支撑，对助推器结构设计要求非常高，不仅要做到“撑得住”，承受住火箭自身质量和文昌航天发射场特有的大风等考验，还要在飞行中将几百吨的推力有效传递给芯级。

此外，助推器尾部需要经受发动机产生的复杂热环境，当尾部外壁温度达到1200摄氏度时，内壁要保持在150摄氏度左右。为了寻找合适的隔热材料，科研人员做了不下几十次试验。

点得着：将液氧稳稳“喂”给发动机

长五每个助推器底部都安装了2台120吨液氧煤油发动机，将液氧从贮箱里稳定地“喂”给发动机也是个大难题。为此，科研人员研制了特殊的增压输送系统。

增压输送系统是连接氧化剂贮箱与发动机的纽带，通过给贮箱增压，为发动机输送液氧，进而燃烧产生推力。发动机燃烧时，产生的最高压强达500个大气压，要控制好如此大的气压，增压输送系统的作用十分关键。

为此，研制团队采用了大流量氦气加温增压方案，因为液氧属于低温推进剂，氦气进入贮箱后会受冷而产生损失，而加温后的氦气增压效率会明显提高。据长五助推模块主任设计师李泯江介绍，4个助推器里共安放了108个60升氦气气瓶，其中2/3放在斜头锥里，充分利用了箭体空间。

分得开：0.6秒内引爆数十个小火箭

火箭发射升空后，当助推器燃料耗尽，圆满完成使命后，必须立即与芯一级分离，否则就会成为影响火箭发射成败的“拖累”。

李泯江介绍，长五每个助推器里安装了多个3吨级分离侧推火箭，只要通电引爆，30吨的推力就会在0.6秒内将助推器往芯一级相反的方向推开。因此，火箭体内每一克重量都很宝贵，为了减少为分离侧推火箭提供引爆电力的电池重量，科研人员使用了“非电引爆”新技术，通过导爆索引爆分离侧推火箭，减少了4/5的电力需求，为助推器减轻了负重。

当然，分得开对可靠性要求极高，科研人员为此还设置了“双保险”，准备了两套点火器，确保捆绑连接结构能瞬间可靠解锁。（倪伟）