标题：长征五号
研究原因和意义
原因进入21世纪的第二个十年，随着中国航天事业的发展，对大型运载火箭的需求越来越多。航天五院研制的东方红四号卫星质量已经达到了5.1吨，下一代的东方红五号通信卫星将达到6.5~7吨，这已经远超中国目前地球同步转移轨道（Geostationary Transfer orbit，GTO）运载能力最大的长征三号乙5.5吨的运载能力；中国载人航天工程在2017年后将进行大型空间站的建设，核心舱质量将达到20吨级别，这更远超现有长征二号F火箭9.2吨的近地轨道（Low Earth orbit，LEO）运载能力；嫦娥探月工程在完成一期的绕月，二期的落月后，采样返回的三期工程也需要更大运力的火箭才能实现；再往后10年在深空探测方面，对火星，木星，近地小行星和小行星带探测也需要更大运力的运载火箭。因此发展大推力火箭是迫在眉睫。[1]
伴随世界航天业的进步，环境保护、发射安全等因素成为衡量火箭优劣不可缺少的标准，而中国现役主力火箭长征二号、长征三号系列火箭均使用剧毒且价格昂贵的偏二甲肼作为推进剂，所以使用环保、安全、廉价推进剂的新一代火箭就吸引了人们的目光。
进入二十一世纪，中国火箭技术水平大幅落后于世界运载火箭先进水平，中国运载火箭在世界航天界第二集团的优势地位已经丧失，而外国的新一代运载火箭也在紧张的研制之中，如俄罗斯的安加拉系列火箭，其近地轨道有效载荷最大可达40.5吨[2]。为了使中国航天运载技术本世纪处于世界先进行列，研制新一代运载火箭十分必要。
由中国运载火箭技术研究院研制的长征五号系列运载火箭，正是中国航天科技赶超世界先进水平、提升中国航天实力的重大项目。[3]意义在长征五号系列运载火箭和位于海南岛的海南文昌卫星发射中心问世后，中国将具备将1.2吨至25吨的有效载荷送入近地轨道，1.8吨至14吨的有效载荷送入地球同步转移轨道的能力。这意味着中国可以发射质量更大、功能更全的卫星，如20吨级长期有人照料的空间站、大型空间望远镜、返回式月球探测器、深空探测器、超重型应用卫星等，并可以进行一箭多星的发射，提高卫星的发射效率和组网的速度。“如果长征五号进入应用，我国火箭的低轨道运载能力将由原来的8吨提高到25吨。在一段时间内，我国运送航天器入轨的能力可以达到很高的水平，很可能就是世界最高水平。”郝照平说，“这不仅体现了我国几十年航天科技发展的积淀，也符合我国航天事业的长远发展需求。”[4]
长征五号研制成功以后，5米直径系列火箭涉及的所有技术均得到掌握，在大幅度提升我国进入空间的能力的同时为后续衍生型火箭的发展奠定了基础。
长征五号的研制不仅能够进一步满足中国航天事业发展的需求、保持中国运载火箭在世界航天界的地位，而且该火箭的研制和生产将推动我国空间科学和空间应用产业的发展，带动多领域科学技术的进步，促进国民经济建设和国防建设，从而进一步提高中国的综合国力。[5]
设计思路
包括长征五号在内的新一代运载火箭按照“立足长远、统筹规划、优先发展、分步实施”的发展  长征五号[6]原则，贯彻“通用化、组合化、系列化”设计思想，基于已经开展工程研制的50吨液氢/液氧发动机和120吨液氧/煤油发动机，以及大直径箭体结构，首先完成芯级直径5米的长征五号大型火箭研制，大幅度提高我国运载火箭的能力及技术水平，并为未来的系列化发展奠定基础。在此基础上形成近地轨道运载能力最大覆盖到25吨、地球同步转移轨道运载能力最大覆盖到14吨的新一代运载火箭系列。5米直径长征五号大型火箭作为新一代运载火箭发展的重点，其研制成功后将解决新一代运载火箭的关键技术，实现我国运载火箭的升级换代。
设计目标
1、从提高中国航天进入空间能力的角度出发，瞄准中国航天发展现实而迫切的需求来规划一个系列化的运载火箭，而不是针对某个特定的任务设计；长征五号(6张)
2、采用大直径结构、大推力发动机等先进技术，大幅度提高运载能力，低轨最大运载能力达到25吨，GTO最大运载能力达到14吨；
3、实现型号的三化（通用化、组合化、系列化）设计，建成型谱化系列，以适应发射不同有效载荷的要求；
4、采用无毒、无污染推进剂；
5、低成本、高可靠、测试操作方便。[6]
相关技术及优势
YF-100发动机YF-100是一种液氧/煤油分级燃烧循环火箭发动机，是我国1990年代中期研发的八十五吨推力发动机的挖潜型。在长征五号系列运载火箭中它将被安装在火箭的助推器上。YF-100采用先进的富氧预燃分级燃烧循环。总体而言，其整个动力循环相当先进。YF-100发动机地面推力约120吨，地面比冲约300秒，真空推力约136吨，比冲约335秒，喷口直径约1.4米，可以65%节流以调节推力。迄今为止，YF-100的总试车时间已经超过了2万秒，YF-100液氧煤油发动机的可靠性已经得到了充分的检验。YF-100还可以回收重复利用：经过试车的发动机可以再安装到火箭上（以前经过试车的发动机就报废了），这样大大减少了研发资金。YF-77发动机YF-77是一种液氧/液氢燃气发生器循环火箭发动机，将被用于长征五号系列运载火箭的芯一级。YF-77地面推力约52吨，比冲约310秒，真空推力约70吨，比冲约326秒，喷口直径约1.45米，可以说是新一代运载火箭氢氧发动机中推力最小的型号。YF-77于2001年正式立项，但进度不太理想，研制工作中遇到了很多的问题。YF-77发动机已经实现了超过1万秒的试车时间，单台发动机试车时间达到了5000秒，按现有进度足够保证2014年长征五号首飞。[1]YF-75D发动机YF-75D氢氧发动机是中国新一代上面级发动机，采用膨胀燃烧循环。从最新报道看，YF-75D发动机性能现有的YF-75发动机相近，均为真空推力约80千牛和真空比冲约440秒，但可靠性有了很大提高，还可能具备更多的启动次数，将用于长征五号系列运载火箭的上面级。[7]数字化技术全型号数字化设计工作内容是利用计算机模拟试验过程，在实物试验之前，借助理论计算开展实验分析预示；在实物试验之后，通过比对数字化试验和实物试验的结果，修正理论模型，并为设计优化提供正确的模型。
在以往的火箭研制过程中，技术人员必须在做出真正的产品样机以后，才能发现不同部件设计的偏差或者不协调，然后按照试验结果进行修正，这样容易拉长研制周期，消耗大量物资和试验设备。如今，在工程中利用三维设计手段，通过仿真软件进行模拟试验，节省了大量的人力、物力和财力，提高了设计可靠性。
长征五号火箭实现数字工程化应用，最大的难点是在没有任何经验可以借鉴的情况下，采用全新的设计方法与设计理念。长征五号火箭实现数字工程化应用，也标志着中国火箭研制水平提升了一大步，并大大推动了航天产品数字化的进程。[8]振动试验技术2012年9月我国最大推力高达70吨的电动振动试验系统研制成功。该系统由北京强度环境研究所研制，采用两台35吨电动振动台并激，实现总推力达70吨，利用多维振动控制技术，完成了正弦振动、随机振动和冲击等多种形式的试验，同时，还通过两台振动台的相位差实现单台振动台无法实现的角振动试验。  天津全箭振动塔效果图
长征五号运载火箭全箭振动试验将包括20余个飞行秒的测试。实验不仅可为长征五号安全飞行提供可靠参考，还可为后续的模拟仿真试验收集参考数据。通过模拟长征五号仪器舱在飞行过程中的各种振动环境，考核了仪器舱的环境适应性和可靠性，为火箭仪器舱在正式飞行中能够正常工作奠定基础。[9]制造技术长征五号火箭推进剂储箱使用2219铝合金，这是美国土星五号火箭到航天飞机，苏联能源火箭和  5米直径芯级储箱[10]欧日新一代运载火箭广泛使用的材料。长征五号在箭体加工上使用了先进的搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）技术，这是1991发明，1998年美国才在运载火箭上首次使用的焊接技术，日本则是2009年H-2B火箭才首次使用。搅拌摩擦焊和轻质铝合金的使用减轻了结构质量，提高了运载能力。[11]
在生产长征五号运载火箭一级氢箱时，针对产品体积较大且结构刚性较弱的特点，中国运载火箭技术研究院211厂研究运用铣焊一体技术、内撑外压技术和辅助支撑技术等手段解决了焊接过程中的一系列难点问题，成功研制了国内最大火箭贮箱。运输技术长征五号直径5米的芯级部件要由海上运送至火箭发射场进行组装（原因详见“生产、运输、装配及其优势”一节）。运输任务将由中国国产新型运输船“远望21”号承担。“远望21”号总长130米，型宽19米，型深12米，设计吃水5.8米，满载排水9080吨。[12]其他技术长征五号火箭使用了电气一体化设计、冗余设计、光纤通道火箭控制系统总线、新型发射支持系统、伺服机构系统等先进技术。[6]
模块化设计
长征五号采用模块化设计，火箭由四种固定的基础模块组成。四种基础模块根据不同方式搭配再加上整流罩等火箭部件就可以形成我们所知的六种不同构型火箭。2014年要首发的长征五号火箭将是B构型。[13]基础模块  长征五号系列运载火箭基础模块
​名称
发动机名称
发动机数量/个
备注
模块1
5米直径火箭芯级
YF-77氢氧发动机
2
发动机双摆
模块2
3.35米直径火箭助推级
YF-100液氧/煤油发动机
2
摆动一台发动机
模块3
2.25米直径火箭助推级
YF-100液氧/煤油发动机
1
摆动一台发动机
模块4
5米直径火箭上面级
YF-75D氢氧发动机
2
二次启动，发动机双摆
火箭结构（基本型）长征五号基本型（即构型D）包含了上述所有4个模块，涵盖了所有关键技术项目，其结构具有代表性，故以它为例进行介绍。  长征五号系列火箭基本型总体布局
长征五号运载火箭基本型为带助推的两级火箭。芯一级采用5米直径模块，使用2台50吨氢氧发动机（YF-77）双摆，以及相应的新的增压输送系统；助推器采用2个2.25米直径模块和2个3.35米直径模块交替排放，分别配置单台和2台120吨液氧煤油发动机（YF-100），每个助推器摆动1台发动机；芯二级（即上面级）采用改进的长征三号甲三子级膨胀循环氢氧发动机（YF-75D）作为主动力，2次启动，发动机双摆；另外采用无毒、无污染辅助动力系统，如芯二级配有气氧煤油姿控发动机；整流罩直径5.2米，长18米，与有效载荷一起垂直整体运输、吊装。基本型火箭总体布局见右图。全箭总长约60米，起飞重量约640吨，起飞推力约8200千牛。该火箭的地球同步转移轨道运载能力为10吨，其综合性能指标将达到国际上主流运载火箭水平。[6]构型与参数  长征五号系列运载火箭六种构型
​构型A
构型B
构型C
构型D（基本型）
构型E
构型F
模块1数量/个
1
1
1
1
1
1
模块2数量/个
2
4
0
2
4
0
模块3数量/个
2
0
4
2
0
4
模块4数量/个
0
0
0
1
1
1
整流罩直径/米
5.2
整流罩长度/米
约18
约20.5
约13
约18
约20.5
约13
高度/米
约50
约52
约45
约59
63.2
约54
起飞推力/千牛
约8200
约11600
约5800
约8200
约11600
约5800
起飞质量/吨
约620
约780
约460
约640
850
约480
运载能力/吨
LEO：18
LEO：25
LEO：10
GTO：10
GTO：14
GTO：6

特点
新一代运载火箭充分采用模块化技术，通过标准模块的组合形成运载火箭系列，满足不同的任务  长征火箭LEO、GTO运载能力覆盖范围.需求。新一代运载火箭作为长征火箭的升级换代产品，在多个方面将实现跨越式的发展，主要包括以下几个方面：运载能力大近地轨道最大运载能力25吨，地球同步转移轨道最大运载能力为14吨，分别是现有长征火箭最大运载能力的2.5倍和2.7倍，可以为未来我国航天事业的发展创造良好的条件。无毒无污染采用液氢、液氧、煤油等无毒、无污染推进剂，顺应了国际形势和国策的要求，也符合国际运载技术的发展趋势。成本低贯彻简洁设计、三化设计的思想，在大幅度提高火箭运载能力的同时，也使单位质量的入轨成本比现有长征火箭有较大的下降。可靠性高以比传统火箭普遍少一级的一级半（“半”表示有助推器）或二级半构型来提高火箭固有可靠性，以冗余、容错、降额等设计方法的广泛运用来提高设计可靠性，以牵制释放装置来提高发射可靠性。适应性强包括灵活的任务执行能力，完整的运载能力覆盖范围，以及良好的履约能力，来满足用户多种多样的需求。[6]
生产运输装配
生产长征五号的生产任务将由位于天津滨海新区的新一代运载火箭产业化基地完成。2007年，国防科工委与天津市签约，备受瞩目的新一代运载火箭产业化基地落户天津滨海新区。国防科工委副主任虞列贵在开工仪式上说，该基地是中国新一代运载火箭研制工程的基础保证，也是后续批量生产和产业化、军民结  新一代运载火箭产业化基地效果图[14]合的航天高科技重要基地。基地建成后，将满足中国未来30~50年发展空间技术及和平利用空间的需要，实现运载技术跨越式发展和航天可持续发展。新一代运载火箭产业化基地一期工程包括铸锻造、钣金、机加工、表面处理、部段生产、总装测试、静力试验等厂房。长征五号的大部分部件将在这里被生产，其他部分如火箭发动机和3.35米直径助推器虽然分别由西安和上海负责生产，但它们都需要将产品运送至产业化基地进行组装。运输长征五号系列运载火箭突破3.35米直径的限制，芯级直径达到5米，要将其部件运送至发射场，原本常用的铁路运输由于隧道直径不足等问题无法使用，而大量的大部件运输和昂贵的成本也使空运的方案搁置，于是海运成为了最好的选择。海运由专门的运输船完成，这时长征五号肥胖的身躯（5米直径）将不成问题。而海运，也成了长征五号将发射地点选择在濒海的海南文昌的原因之一。
长征五号在产业化基地完成后将被运送至天津港，装入专门为大火箭准备的国产新型运输船“远望21”号，经渤海、黄海、东海、台湾海峡、南海、琼州海峡等海域，经过五至七天时间，航行约一千八百海里，到达海南省清澜港西码头，再通过公路运往发射场内的火箭水平转载准备厂房。[15]装配长征五号系列火箭下船后到达发射场，在综合测试大厅进行测试后，进入垂直总装测试厂房进行起竖、对接、综合测试。而火箭将要运载的航天器完成总装测试后，以垂直状态运送到加注与整流罩装配厂房，进行推进剂加注和整流罩装配，然后以航天器/整流罩组合体形式垂直转运至火箭垂直总装测试厂房与火箭对接安装。火箭、航天器联合总检查以及相关转场准备工作后，将垂直整体运输至发射工位，实施燃料加注，火箭点火发射。[15]
发射场及其优势
长征五号的发射场选择在海南文昌卫星发射中心。文昌卫星发射中心位于中国海南省文昌市  海南文昌卫星发射中心位置附近北纬约19度19分0秒，东经约109度48分0秒[16]，原是中国以前的一个发射亚轨道火箭（如弹道导弹）的测试基地。经过扩建改进，将成为中华人民共和国的第四个卫星发射中心。
海南航天发射场工程指挥部负责人介绍说，海南航天发射场包括发射区、技术区、试验协作区、技术勤务保障系统等。另外，海南航天发射场建设由于起点高，自动化、信息化、智能化程度将更高，可靠性和安全性也进一步提升，它的建设和使用，是中国航天事业发展史上又一座里程碑。[15]
因为长征五号火箭部件要由水路运送，所以它的发射场将不得不选择在这个濒海的地方。这样看似乎是海南文昌看了长征五号的脸色，但实际上是这座发射中心的许多优势使得长征五号不得不选择海南文昌。  海南文昌卫星发射中心模型
海南文昌卫星发射中心位于北纬约19度19分，这在中国乃至世界卫星发射基地中都属于纬度很低的。大家知道，火箭发射在赤道附近低纬度地区可以使火箭发射后得到更多的地球自转赋予的向东的初速度，提高运载能力。所以海南文昌卫星发射中心有天生的优势。
发射中心东南部是茫茫南海，其发射方向1000公里范围内都是大海，因此坠落的残骸可以直接落入海中，不易造成意外。[15]
应用
长征五号系列可发射20吨级长期有人照料的空间站、大型空间望远镜、返回式月球探测器、  长征五号整流罩深空探测器、超重型应用卫星等。因此我们可以预测，天宫二号、天宫三号、嫦娥五号和我国计划中空间站的核心舱、实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ都将由长征五号系列运载火箭承担发射任务。
研制进程节点
时间
事件
1999年
YF-100大推力液氧/煤油发动机正式立项。[1]
2001年
YF-77氢氧发动机正式立项。[1]
2006年10月
国防科工委、财政部联合批复新一代运载火箭基本型工程研制立项。[5]
2007年5月10日
国务院审议通过了《航天发展“十一五”规划》，明确新一代运载火箭为中国航天重大科技工程。[5]
2007年9月6日
中国运载火箭技术研究院与天津开发区管委会签订了《新一代运载火箭产业化基地建设协议》。[5]
2007年8月
中国海南文昌卫星发射中心获国务院、中央军委批准立项。[15]
2007年11月
新一代运载火箭产业化基地一期工程开工建设。[14]
2012年
长征五号系列运载火箭进入大型地面验证阶段。[17]
2012年1月11日
长征五号系列运载火箭首件一级氢箱研制成功。[10]
2012年1月30日
中国新一代运载火箭天津产业化基地一期建设工程顺利完工，并已具备研制长征五号需要的全部功能。[18]
2012年2月
长征五号系列运载火箭顺利完成初样第二轮全箭数字样机模装协调工作，在中国火箭史上首次实现了全型号数字工程化应用。[11]
2012年5月底
长征五号系列运载火箭研制在天津顺利完成助推器大型分离试验，这标志着中国“大火箭”初样研制阶段最重要的大型地面试验之一获得圆满成功。[19]
2012年7月28日下午3点
YF-100大推力液氧/煤油发动机开始进行液体燃料加注，准备试车。[20]
2012年7月29日
YF-100大推力液氧/煤油发动机在西安成功进行了极限工况热试车。[21]
2012年9月
我国最大推力高达70吨的电动振动试验系统研制成功，并通过模拟为火箭仪器舱在正式飞行中能够正常工作奠定基础。[9]
2012年12月初
长征五号系列火箭首个整流罩在211厂成功下线。[22]
2012年12月6日
“远望21”号下水。[12]
2012年12月28日
长征五号运载火箭助推器开始吊装进入新一代全箭振动塔，长征五号运载火箭全箭振动试验拉开了序幕。[23]
2013年3月长征五号火箭贮箱首次声发射技术试验成功。[24]2013年（预计）
海南文昌卫星发射中心竣工。[15]
2014年年底（预计）
长征五号系列运载火箭首飞。[25]