長征5號系列運載火箭

**長征五號系列運載火箭**是中國航太科技集團公司研製的新一代五公尺直徑低溫液體捆綁式大型運載火箭系列。其到達近地軌道的最大理論酬載為 32~33 噸（海南文昌發射場出發），實際近地軌道運力為 25 噸（長五 B），而到達同步轉移軌道的最大酬載能力為 14.5 噸。

長征五號系列為中國第一個從總體到分系統均採用最新技術的大型液體運載火箭系列，是中國目前研製規模和技術跨度最大的航太運輸系統工程，新技術比例達 95% 以上。目前是中國現役起飛質量最大、芯級直徑最粗、運載能力最強的火箭。

## 歷史

### 長五問世

長征五號早於 1986 年在 863 計劃支持下開展前期論證和攻關，2001 年 5 月國防科工委開展預先研究。2000 年至 2001 年，120 噸級液氧煤油發動機 YF-100 及 50 噸級液氫液氧發動機 YF-77 先後開始立項研製。計畫最初於 2001 年 2 月宣布。然而 2007 年中國東北展會期間，開發商透露直至當年才最終批准研發預算。在 20 年的可行性研究之後，中國政府在 2006 年 10 月立項批准了火箭的開發，由 2008 年 11 月成立的天津航太長征火箭製造有限公司生產，製造基地設於沿海城市天津濱海新區開發區西區夏青路 199 號的中國運載火箭技術研究院天津產業園。歷十年磨一箭，2016 年 11 月 3 日 20 時 43 分，長征五號於海南島中國文昌太空發射場首次發射成功。

### 遙二失利

2017 年 7 月 2 日 19 時，長征五號遙二火箭從文昌 1 號工位起飛，起飛後 174 秒輔助火箭燃盡並拋離，指揮大廳直播畫面顯示其將會墜入東沙群島與瓦拉格市之間的海域，整流罩於起飛後 286 秒拋離，至此飛行一切正常。

起飛後 346 秒，芯一級的一台 YF-77 引擎液氧泵發生損毀，這一幕被一台安裝於芯二級（上層級）三四助推方向的攝像機捕捉到，全箭姿態僅靠剩餘一台 YF-77 維持。由於引擎失效，芯一級直到起飛後 572 秒才與芯二級分離，而正常情況下應為 475 秒，因此使得軌道高度過低，到 624 秒時，網絡直播畫面左下角出現橙黃色的光亮，且隨著時間推移，亮度，範圍不斷加大，表示星箭組合體已經開始再入大氣層，最終於 708 秒時畫面卡死，顯示進入黑障而通訊中斷。不久後，CCTV13 報導了發射失敗的消息。

#### 故障歸零

由於芯一級墜入馬里亞納海溝，故障難以定位，官方表示「芯一級液氫液氧引擎一分機渦輪排氣裝置在複雜熱力環境下，局部結構發生異常」。最終第一次「歸零」在次年 4 月才完成，其中進行了 200 餘項技術改進，以及 13 次長程試車，準備在 2018 年年底進行重飛。

2018 年 11 月 30 日，在火箭總裝即將完成之時，與遙三上安裝的同一批次的 YF-77 引擎在北京雲崗進行試車時再度發生故障，根據遙三成功後官方透露的情況，這一次參數與遙二引擎失效前的相似，沒有找出原因的情況下，歸零再次進入第二輪，這一次相關專家認為應當引擎的結構進行強化，確保引擎在火箭高溫、強振動等惡劣工況下的可靠性，引擎在很快通過了兩次試車，新的發射時間也被定於 2019 年年底。

2019 年 4 月 4 日，當用於遙三火箭的 YF77 進行最後一次試車時一位設計團隊的員工發現引擎存在異常震動，引擎在拆解後發現液氧泵存在細微裂紋，相同的故障不久後也在同批次其他引擎的試車中發現，這一次故障也被長征五號火箭副總師王維彬評價為「擊中要害」，但問題的解決仍困難重重，設計團隊有多種各有利弊的設計方案，加強結構的改進幅度難以量化；繞過單一故障點也需要全系統的改動；最終團隊認為最現實的方案是對引擎進行「小改」最終通過結構設計優化的方式來提高引擎的可靠性以及性能。

第三次歸零的引擎試車考核於同年 7 月 31 日展開，這一次引擎沒有再出現故障，試車獲得成功，遙三的發射準備工作隨即展開。

### 遙三重飛 東方紅五號衛星平台首飛

2019 年 10 月 22 日，由遠望 21 號、22 號船組成的火箭運輸船隊從天津港啟航並於 27 日抵達文昌清瀾港。隨後由公路運輸至文昌發射場，在完成了總裝，測試等準備工作後於 12 月 21 日上午 8 時離開垂直測試廠房，當日 10 時抵達發射區。同月 27 日，海南省公安廳對文昌市部分路段進行交通管制 ，發射前 3 小時開始對外來車輛逐步採取限制。此次發射央視新聞在中國大陸幾家網絡直播平台上對此次發射進行了直播，無電視台直播，也有一些中國大陸網民將央視的直播畫面轉播至 YouTube 上。此次發射搭載著東方紅五號平台實踐 20 號（亦為遙二所搭載的實踐 18 號補發），由於此首飛星搭載著包括電推進、10Gbps 雷射通信，可展開式熱輻射器等尖端技術，保密性較強，網絡直播的發射場信號直至起飛前 1 分鐘才開始。

27 日 20 時 45 分，火箭點火升空，174 秒後輔助火箭分離，195 秒後拋整流罩，由於「歸零」後的 YF-77 為了提高工作的穩定性，導致推力少量下降，一二級分離由遙一的 475 秒延長到了 495 秒，T+774 秒，二級一次關機，此時星箭組合體位於菲律賓海，關島以西的海域上空，2200 秒後，星箭分離，實踐 20 號進入超同步轉移軌道。次年 1 月 6 日，發射任務搭載的實踐 20 號完成定點，在軌驗證工作開始。

此次發射也是 2019 年全世界最後一次發射任務。

### 遙四 天問一號火星繞落巡任務

長征五號系列火箭的第一次應用性發射即為天問一號火星探測任務。此次任務也是中國大陸自東方紅一號發射以來的第一次行星際飛行任務，用於此次任務的 YF-77 引擎於 2020 年 1 月 19 日完成 100 秒校準試車，而探測器則於同年 4 月 24 日，被命名為天問一號。星箭組合體於 7 月 17 日轉運至文昌發射場 101 工位，在對箭體完成檢查之後開始低溫燃料加注

2020 年 7 月 23 日 12 時 41 分，中國在海南島東北海岸中國文昌太空發射場，用長征五號遙四運載火箭攜中國第二次火星探測任務「天問一號」探測器發射升空，383 秒後，星箭組合體離開大氣層，整流罩被拋離，一級關機時間與遙三相同，T+708 秒，二級一次關機，滑行 952 秒後二級二次點火，開始火星轉移變軌，飛行 2086 秒後，二級二次關機，在調整姿態後進行器箭分離，此時天問一號高度已經達到 470km，2530 秒後太陽翼展開成功。，這是中國第一次完全自主實施的火星探測任務，也是第一次行星際飛行任務。

2021 年 2 月 10 日，天問一號順利實施近火煞車，成功進入環火軌道，成為中國第一顆人造火星衛星。北京時間 5 月 15 日 7 時 18 分，天問一號著陸器攜帶祝融號火星車成功著陸於火星烏托邦平原南部預選著陸區，中國成為第二個完全成功著陸火星的國家。

### 遙五 嫦娥五號月球採樣返回任務

2020 年 11 月 24 日 4 時 30 分，在中國文昌太空發射場，「長征五號」遙五運載火箭成功發射探月工程「嫦娥五號」探測器，順利將探測器送入預定軌道，開啟中國首次地外天體採樣返回之旅。長征五號遙五運載火箭發射升空後，先後實施了輔助火箭分離、整流罩分離、一二級分離以及器箭分離等四次分離。

「嫦娥五號」探測器由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成，後續在經歷地月轉移、近月煞車、環月飛行後，著陸器和上升器組合體將與軌道器和返回器組合體分離，軌道器攜帶返回器留軌運行，著陸器承載上升器於 2020 年 12 月 1 日完成了月球正面預選區域的軟著陸，按計劃開展了月面自動採樣等後續工作，並於 12 月 17 日攜帶收集到的月球樣品返回地球並在四子王旗著陸場成功著陸。。

### 太空站任務

不同於先前的天宮系列飛船，太空站組件更重，原先採用偏二甲肼 / 四氧化二氮的長征二號系列火箭無法滿足運力需求，長征五號系列火箭的狀態直接關係到太空站可否進行建設，2017 年的長五遙二失利就使得原定於 2018 年開始的太空站建設任務被推遲接近 3 年之久。

與新一代載人飛船實驗船任務相似，太空站的建設完全依賴專為近地軌道任務設計的新款長五，即「長征五號 B 型」，該型號相較於用於高軌任務的標準型長征五號，該版本的運載火箭去掉了第二節火箭，原級間段（包括引擎與液氧貯箱部分）、二級液氫貯箱所占用的空間均被整流罩內的酬載空間所取代。

該任務的第一個組件，即天和核心艙於 2021 年 2 月春節期間抵達文昌，相應的運載火箭也於同月 22 日抵達發射場，在進行相應的組裝、測試等必要的準備工作後於 4 月 29 日上午 11 時 23 分成功發射入軌。太空站的首個乘組於 2021 年 6 月 17 日搭乘神舟十二號飛船升空並對接進入太空站。天宮太空站的其餘組件也將於 2022~2023 年期間陸續利用長五 B 發射升空。

## 設計

長征五號系列火箭現任總設計師是李東，首任總設計師（2001 年 1 月－2006 年 1 月）是徐盛華。中國運載火箭技術研究院及上海航太技術研究院分別承擔芯級及輔助火箭的研製任務。

長征五號系列火箭的設計思想以通用化、系列化、組合化為重點。長征五號整流罩直徑 5.2 公尺，長 12.3 公尺，長征五號 B 型長度更達 20.5 公尺，可搭載三種專門為其設計的火箭引擎，完全採用無毒無污染的液氫或煤油和液氧推進劑，分別為推力為 120 噸的 YF-100 液氧煤油高壓補燃循環引擎、推力為 50 噸的 YF-77 燃氣循環氫氧引擎和推力為 9 噸的 YF-75D 膨脹循環氫氧引擎。長征五號系列實行模組化設計，由直徑為 5 公尺、3.35 公尺和 2.25 公尺的三種模組構成。其中 5 公尺模組包含兩個 50 噸級的 YF-77 引擎（芯一級）或兩個 9 噸級的 YF-75D 引擎（芯二級），3.35 公尺模組包含兩個 120 噸級的 YF-100 引擎，2.25 公尺模組包含一個 120 噸級的 YF-100 引擎。模組化設計的好處是可以根據需要把不同模組組裝成不同推力的火箭，以執行不同的任務。例如系列中最為強大的型號長征五號，以兩個 5 公尺模組為主推進器，另配有 4 個 3.35 公尺模組為輔助火箭。

其 120 噸級液氧發動機設計難度大，必須獨力開發上百項新技術或新材料，中國航太推進技術研究院製造初始四台樣機在高台測試時，兩台啟動爆炸，兩台燃油系統燒毀，第五台樣機才成功，液態燃料槽在 2012 年 6 月 30 日靜力測試時也發現焊接口裂縫，薄壁大直徑燃料槽是國際高端機密技術，焊接工藝和結構設計全靠自力摸索，最終研製成功。

120 噸級的 YF-100 液氧煤油引擎於 2012 年 7 月 29 日測試成功。但此前研發遭遇一些困難，進度數次推遲。長征五號火箭已於 2015 年 3 月 23 日完成芯一級動力系統第二次試車；2016 年 1 月起，長征五號在文昌航太發射中心進行合練，共計 140 天。長征五號歷時十年研製，於 2016 年 11 月 3 日完成首飛。

### 未來展望

長征五號系列火箭未來還可以搭配遠征系列上層級，以及固體上層級來執行 GEO（地球同步軌道直送）、中高軌圓軌道等多種高軌道發射任務。

標準型長征五號除了可以用於 GTO，地月、地火轉移任務外，還可以進行太陽同步軌道（SSO）任務，如果需要執行逃逸能量 C3 超過 20 k㎡/s2 的深空探測任務時，可以在二節火箭的基礎上加裝遠征一號上層級甚至是小固體上層級以滿足需求。

長征五號 B 型火箭可以與遠征系列上層級配合執行 1000km 圓軌道、SSO 發射任務。

標準型火箭採用的 12 m 長整流罩還存在長度較小，使用空間不滿足大質量載荷的包絡使用需求的缺點，後續可以改用 19m 長整流罩，一次性發射兩顆基於東方紅四號平台（DFH-4）的衛星，或一顆東方紅五號（DFH-5）平台外加一個東方紅三號平台（DFH-3）的載荷來實現一箭多星。

該系列型號的發射場準備流程也有大量優化的潛力，如：優化發射場測試計畫、產品運輸流程、採用異種推進劑並行加注來優化推進劑加注流程，芯一級 YF-77 引擎整機隨箭體運輸，以減少總裝工序。這些優化如果都能得到採用，發射任務的準備周期至少可以減少 15 天。

## 意義

長征五號的問世，帶來的不僅僅是運力的提升，中國多個重大航太計劃能否正常開展都取決於長征五號系列火箭是否可用。

在長征五號開發的時期，中國下一階段的中國探月工程、行星探測工程和載人太空飛行工程，都亟需運力超越當時服役的長征系列的運載火箭。例如，旨在實現月球表面著陸並返回地球這一目標的嫦娥五號重達 8 噸，除了長征五號，沒有其他在役中國火箭能將其送入地月轉移軌道。

嫦娥五號原定於 2017 年底發射，但由於 2017 年 7 月長征五號遙二的發射失敗，嫦娥五號任務被迫暫時擱置直至 2019 年底長征五號遙三發射成功，於 2020 年底最終完成發射並成功將月球樣品採集後返回地球。

中國行星探測工程的首個任務，重達 5 噸的火星探測器天問一號也同樣必須由長征五號發射並送入地火轉移軌道。在 2019 年底長征五號遙三重飛成功後，天問一號及時趕上了 2020 年 7 月的地火轉移窗口期並完成發射，為中國行星探測帶來了歷史性突破。

遠期的日球層頂、外行星、柯伊伯帶探測任務同樣需要長征五號火箭來將載荷送入軌道

對於中國載人太空飛行工程「第三步」的太空站建設階段來說，重達 20 噸的太空站艙段只能由長征五號 B 型運載火箭送入近地軌道。長征五號 B 於 2020 年 5 月 5 日完成首飛，並於 2021 年成功將天宮太空站的首個艙段天和核心艙送入軌道，隨後在 2022 年成功發射了問天實驗艙和夢天實驗艙，完成了中國首個長期太空站三艙組合體的建設。

除此之外，旨在取代神舟系列的中國新一代載人飛船、太空望遠鏡以及未來的載人登月工程同樣需要更大噸位的火箭，長征五號的研製成功對此類型運載火箭的發展起到了重大推動作用。

## 衍生構型

### 長征五號運載火箭

長征五號運載火箭為二級半構型，芯級直徑 5 公尺，捆綁 4 個 3.35 公尺直徑斜頭錐輔助火箭，是系列中性能最高的型號。全箭總長 56.97 公尺，起飛質量 854.5 噸，起飛推力約 1062 噸，主要承擔地球同步轉移軌道任務，運載能力 14 噸，較中國原有運載火箭提升 2.5 倍，其整流罩長度達 12.3 公尺。

### 長征五號 B 運載火箭

長征五號 B 運載火箭為此系列的近地軌道版本，取消第二級，為一級半構型，是中國首款一級直接入軌火箭，全箭總長 53.7 公尺，起飛重量 837.5 噸，近地軌道運載能力達 25 噸，主要承擔中國太空站艙段發射任務等近地軌道任務。長征五號乙運載火箭整流罩長度為 20.5 公尺。該火箭一級燃盡後在不受控狀態下逐漸落回大氣層焚毀。

## 殘骸處理

不同於老長征系列火箭（CZ-2、3、4），長征五號火箭從海南文昌發射場而非西昌、酒泉的內陸發射場起飛，發射階段，火箭全程位於太平洋上空，幾乎不會飛躍陸地，發射前只需對發射場周圍 3.3km 內的民眾進行疏散處理，而非像內陸發射場任務一樣要對各個殘骸落區範圍內的居民一併進行較大規模的疏散。

長征五號標準型採用兩級半構型，起飛後，用盡的四台輔助火箭會落入南海海域，整流罩則會落入呂宋海峽（遙三及更早的任務），也會視射向進行必要的延後拋離以規避菲律賓（如：天問一號、嫦娥五號任務），芯一級在完成分離後也會落入太平洋的開放水域中，芯二級則會在將載荷送入預定軌道之後根據 ISO27875 與 ISO20893 標準進行「鈍化處理」（排空剩餘推進劑、排空增壓氣體、電池放電等）。

### 長征五號 B 殘骸批評

由於長征五號 B 型是採用一級半入軌，輔助火箭與整流罩的處理方式與標準型長五無異，體積與質量較大的芯一級會隨同酬載入軌，分離後的芯級會在軌道衰減的作用下在約兩周的時間內再入地球大氣，少數未燃盡的器件最終會落回地面。部分媒體與學者擔心這會對地面人員及設施造成損壞。

同樣，由於高層大氣的阻力作用以及太陽光照的影響，器件分離數日後，箭體會開始低速翻滾，這一現象經常被一些媒體誤解讀為火箭發射失敗。
2020 年 5 月中旬，長征五號 B 遙一火箭的芯一級在大西洋上空再入，象牙海岸附近的居民聲稱有金屬物件掉落在地面，這些物件被認為來自於長征五號 B 型火箭。

美國航空暨太空總署（NASA）局長吉姆・布里登斯廷批評中國長征五號 B 型的處置方式有悖於 NASA 正尋求的太空活動行為規範《阿爾忒彌斯協定》中的一系列原則。長征五號發射後，局長吉姆・布萊登斯汀在 NASA 委員會會議上，對火箭於西非沿海再入前不到一小時就飛越了美國的主要城市的不可控性質，提出了自己的擔憂和批評：「它飛過了人口中心，並重新進入了地球大氣層。這可能是非常危險的」。

## 發射記錄

### 已發射

 

### 計劃中

## 火箭規格

## 全球現役大型運載火箭性能比較

## 類似火箭

* 火神運載火箭
* 三角洲 4 號重型運載火箭（Delta IV Heavy）
* 亞利安五號運載火箭（Ariane 5）
* 亞利安 6 號運載火箭（Ariane 6）
* 安加拉 A5 運載火箭（Angara A5）
* 質子 - M 運載火箭（Proton-M）

## 注釋

## 參考文獻

### 引用

### 來源

## 參見

* 長征六號
* 長征七號
* 長征八號
* 長征九號
* 遠征二號
* YF 系列火箭引擎