1.长征五号及其首飞

十年磨一剑，2016年11月3日，我国首枚大火箭长征五号首次发射圆满成功，它是我国由航天大国迈向航天强国的重要标志。长征五号总长大约57米，直径5米，而此前我国火箭的最大直径只有3.35米，只和长征五号助推器的直径相当。它的运载能力也较以往提高了2.5倍，而且它还高可靠、低成本、无污染。有了长征五号，未来空间站建设等多个国家重大科技任务，就获得了更加强大的保障和支持。树立起这块新的里程碑需要突破重重关口，难度超出常人想象，无异于一次新的长征。

长征五号运载火箭采用全新设计的箭体结构、全新的动力系统、全新的电气系统，并启用了全新的发射场系统。为了提高火箭运载能力，火箭芯级直径由过去的3.35米扩展到5米，这是我国从1975年以来，第一次改变火箭的直径，别看直径只增加了1米多，但是一个数量级的变化，对火箭研制来说是一个全新的挑战。

发展航天，动力先行。新一代火箭首先要解决大推力问题，之前我国单台发动机推力最大的只有75吨，远远满足不了长征五号的需求。在研制过程中，摆在研制人员面前最大的难题就是如何攻克大推力液氧煤油发动机技术，而这个技术以前也只有俄罗斯掌握。一些外国专家评论即使我们能设计出来，但以我们现有的材料和工艺水平，也不可能制造出来。但是中国航天人就是不信这个邪，研制团队夜以继日的进行攻关，几十种新材料、一百多种新工艺被一一攻克。然而，当发动机进入试车阶段时，启动阶段能量匹配技术又拦在了研制团队面前，发动机连续几次试车都遭遇失败。

连续的失败对整个研制队伍的信心打击非常大，很多人做梦都梦见爆炸的场景，吃不下饭，睡不好觉，但是研制队伍不言放弃。经过艰苦的攻关，研制团队选定了最佳优化方案，第五次试车终于获得了成功。

长征五号发动机要实现大推力，除了大推力发动机以外，还需要研制匹配更大的储箱装载更多的推进剂燃料。一级液氢储箱里面装载的燃料是零下253度的液态氢，防热层只有几十毫米厚。火箭要突破地球重力，需要在很短的时间内达到很高的速度，在飞行过程中储箱要承受巨大的载荷，有的局部轴向压力要超过1 000吨。这些严酷的条件都对储箱的整体刚度、强度提出了极高的要求。

为了使火箭做得更轻，储箱的箱体在满足飞行条件的情况下必须尽量薄，目前它壳壁最薄的地方只有几毫米厚，这在国际上都属于领先的。这对储箱的设计、材料、加工工艺都提出了极高的要求。长征五号储箱选用了全新的铝合金材料。第一次研制五米直径的大储箱，如何焊接成为一个关键难点，长征五号火箭储箱需要焊接的焊缝长达2千米，要把这么薄壁的结构，可靠地焊接在一起，这对制造工艺和制造设备提出了很高的要求。

长征五号运载火箭是一枚全新研制的火箭，几乎所有的设备都是全新研制的，而这些设备是否达到要求，都需要经过地面的实验来验证。据统计，长征五号火箭发射前已累计开展近7000次、1 000多项地面试验。其中有一项重要的实验就是振动实验。火箭在发射过程中会遇到令人头疼的“振颤”问题。所谓“振颤”即高频的抖动，控制不好很容易造成火箭损毁。因此火箭从单机设备到分系统，到每个舱段都要使用振动台进行模拟振动实验。振动台的应用范围很广，除了民用还可以用在军事领域，西方发达国家对振动台的出口有严格的限制，在长征五号研制之前，我国还没有与之匹配的超大型的振动台，以前我国只能买到9吨以下的振动台。最新研制的70吨级超大型振动台，是目前世界上最大的振动台，除了应用于长征五号的振动试验，还可以应用在大飞机、卫星、高铁、核电等领域。我国自主研发的振动台，目前已经有条件的出口到俄罗斯、美国，用户包括美国宇航局。

据了解，长征五号运载火箭从发动机、大结构、大的控制系统、测量系统、地面发射支持系统，到整个研发过程中所用到的大型的机床设备，火箭所涉及的所有核心技术的知识产权都在我们自己手里。长征五号运载火箭使用了2 300多件电器产品，采用了247项核心关键新技术，几乎100%都是全新研发的。而国际上研制新型火箭，采用新技术的比例一般不超过30%。采用全新的技术不仅意味着设计、研制的难度增大，也意味着系统风险的增大。

航天是一个系统工程，据不完全统计，10年中，有几十家核心参研单位，上万航天人参与了长征五号的研制。不仅火箭研制需要大协作，火箭发射也离不开发射场系统的全力支持和保障。此次进行长征五号发射的文昌航天发射场共有两个工位，2号工位主要承担3.35米直径火箭发射任务。而这次使用的1号工位，主要承担5米直径火箭发射任务。(www.daowen.com)

长征五号的成功发射也验证了文昌发射场能够满足新一代运载火箭和新型航天器的发射任务。有创新，有传承，中国航天强大的组织指挥系统高效运转，确保了长征五号研制的顺利进行。

长征五号此次发射，过程曲折，结果圆满，检验了长五火箭设计的正确性、飞行的可靠性，以及发射场和火箭之间的匹配性。在长征五号的研制过程中，中国航天人秉承“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的精神，以实际行动践行了创新驱动发展战略和军民融合发展战略，对增强国家经济实力、科技实力、国防实力、民族凝聚力具有十分重要的意义。^[7]

2.焊工马铁铮的故事

为长征五号焊接发动机双机机架，是马铁铮从事航天焊接工作16年来干过的最得意的作品。马铁铮是中国航天科技集团一院下属的首都航天机械公司的一名焊工，2011年荣获“全国技术能手”称号。长征五号是目前中国研制的最大最先进的火箭，它的箭体直径达5米，相应的发动机机架的直径也达5米，这是目前中国制造的最大直径的火箭发动机机架。2010年，为长征五号焊接火箭发动机机架的重任落在了马铁铮所在的14车间高凤林班组，28岁的技术骨干马铁铮成为第一人选。

火箭发动机机架，向上要托举推进剂燃料贮箱巨大的重量，向下要连接着火箭发动机。火箭发射时，火箭发动机推力室产生的巨大推力要通过机架传导给火箭。长征五号火箭起飞质量重达800多吨，机架下面连接的2台氢氧发动机推力高达100吨，这么巨大的压力和推力，对于发动机机架的焊接质量是前所未有的考验。设计方提出了异常苛刻的焊接质量要求。

外行看热闹，内行看门道。火箭发动机机架被行家称为复杂空间结构焊接，是焊接师傅们最为头疼的部件之一。因为机架不仅结构复杂、空间狭小，而且管壁薄、材料可焊性差，在焊接过程中极易产生缺陷。一旦出现缺陷，就会前功尽弃。而长征五号火箭发动机机架的结构复杂程度、焊接强度，更是超过了以往任何一个型号的火箭。马铁铮仔细研究了长征五号火箭发动机机架设计图，他要完成的任务是要把上百个不同尺寸规格的零部件立体精确地焊接在一起，整个机架的几何平面度误差要控制在零点几毫米。但是只要有焊接，就会有变形，就可能产生几何平面度误差。如何严格控制焊接变形，成为摆在马铁铮面前最大的难题。马铁铮找来很多废弃的机架零部件反复组合试验，终于，他找到了解决问题办法，那就是按照最佳焊接顺序对称焊接。

找到了最佳焊接策略，还得有精确控制每一个焊点焊缝变形的技术绝活。发动机机架结构复杂，没法利用机器焊接，只能依靠人工焊接。为了掌握在长五机架异常复杂空间里必须要用的超难度焊接本领，正式焊接前马铁铮苦练了三个月。经过两个多月废寝忘食的焊接，第一台长征五号火箭发动机机架终于在马铁铮手上诞生。

因为成功焊接长征五号火箭发动机机架，2012年，马铁铮荣获中国航天科技集团一院科技进步一等奖。除了长征五号火箭发动机机架，马铁铮还参与了长征五号火箭发动机喷管和推力室的焊接工作。马铁铮告诉记者，从事火箭焊接16年，从他手里送走的火箭已经一百多发，但刚刚发射成功的长征五号在他心目中分量是最重的，也是最引以为豪的。^[8]