“冰箭”长五、长七，它们为什么喜欢“冷”？

央视新闻客户端 央视新闻客户端 2016年11月03日 20:54 A-A+
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我国长征五号运载火箭即将迎来首飞。相对于国内现役长征系列火箭，长征七号、长征五号运载火箭全面大量使用液氧/煤油、液氢/液氧低温推进剂组合，成为名副其实的低温火箭，其中长征五号运载火箭更是因为应用了液氢，得“冰箭”之誉。

和常温推进剂火箭相比，低温所带来的运载火箭设计难度和挑战无疑是质的飞跃。但新一代火箭为什么还是选择了低温？

推进剂为何那么重要？

与汽车需要汽油、飞机需要航空煤油一样，运载火箭的飞行也有同样的需求，这就是推进剂。没错！就如我们在电视上所看到的一样：火箭尾部喷出的长长火焰就是推进剂燃烧产生的火焰。其实，正是这些推进剂燃烧产生的火焰通过名为拉瓦尔喷管的结构高速喷出，从而推动火箭运动。

这么来看，是不是只要能够着火、生成气体就已经具备了成为火箭推进剂的条件？从最朴素的认识来看，是正确的。但正如目前街上跑的汽车没有用煤或者蒸汽来作为驱动一样，即使有潜质，但也未必行得通。所以，运载火箭常用的推进剂组合有很多，不同的角度来划分也不尽相同。如同万千家庭有着不同的搭配，幸福就是王道一样。运载火箭常用的推进剂组合虽多，把火箭送上天始终是它们的“唯一目标”。

如从推进剂的形态上，可以分为固体推进剂和液体推进剂，从温区差异上可分为常温（可贮存）推进剂和低温推进剂，从推进剂是否有毒性划分为有毒推进剂和绿色推进剂等。常温推进剂主要指的是自然常温状态条件下使用的推进剂，温区在-40～50度之间，运载火箭上用得比较多的是四氧化二氮/肼类、硝酸/酒精等。

低温推进剂主要是在标准大气压力下沸点低于环境温度的推进剂。运载火箭上应用比较广泛的主要有液氧/酒精、液氧/煤油和液氢/液氧等。

推进器的首次选择即使用低温液氧和酒精组合

翻开世界航天探索发展史，不难发现，似乎在每一次航天里程碑式的跨越之中都闪烁着低温火箭的光芒。

德国的V2导弹开启了运载火箭的技术之门

现代运载火箭源于二战期间，德国研制的V2弹道导弹。虽然人类的聪明才智竟然是在这种残忍的相互杀戮、毁灭中得以极致发挥是件遗憾的事情，但这却是运载火箭技术开启航天新篇章和征途的一个重要里程碑。可见，历史在推进剂的首次选择上就使用了低温液氧和酒精组合。

如果说德国的V2导弹还只是开启了运载火箭的技术之门，那么苏联将初期同样用于洲际导弹的R7改装为运载火箭，并成功发射了人类历史上的首颗人造地球卫星，就是真正意义上实现了运载火箭的开天之路。这一次，历史也毫无悬念地选择了低温液氧和酒精作为推进剂。

德国的V2导弹开启了运载火箭的技术之门

1961年4月12日，世界第一位航天员加加林乘坐苏联东方号运载火箭进入地球轨道运行并安全返回地面，人类载人航天也由此拉开大幕。这一次，载人的东方号运载火箭推进剂选择的是低温液氧和煤油组合。

上世纪60年代初期，美苏太空竞赛将运载火箭技术推到了登峰造极的地步。当时，著名的土星5火箭一子级推进剂选择了低温液氧和煤油组合，二子级和三子级推进剂选择了低温液氢和低温液氧组合。

随着现代科学技术的进步，人类对于太空的探索、应用需求也日益增加。为了适应这种需求，20世纪末，世界主要航天大国陆续开展了新一代运载火箭的研制。令人称奇的是，在此轮运载火箭的更新换代中，低温火箭成了众人的不二之选。

进入21世纪，航天飞机陆续退役，以低成本为目标的美国SpaceX公司研制的猎鹰1和猎鹰9运载火箭，承担起了空间站的货物运输任务。猎鹰火箭推进剂还是选择了低温液氧和煤油组合。可见，每一个航天发展的里程碑上都镌刻着低温火箭的辉煌，即便是在开创运载火箭可控回收之先河的猎鹰火箭也毫不例外，这难道只是历史的眷顾，抑或巧合？不，这更是历史的必然。

运载火箭发射航天器的实质是按照目标轨道运行需要的速度将航天器准确运送到指定轨道上。有一个叫做比冲的参数直接影响了运载火箭的能力。分析表明，这个参数和推进剂组合类型直接相关。另外，研究发现，低温推进剂组合的比冲参数往往显著高于常温推进剂组合。于是，出于人类对于自然困境的潜意识挑战和对自身认知改造能力的卓越追求，从最初德国的V2导弹，到苏联的R7火箭发射首颗人造卫星，再到美国成功实施的阿波罗计划，以至后来的系列发展，人类从未因为低温带来的技术困难而放弃过对低温推进剂的使用。

相反的是，人们不约而同地选择了低温推进剂，以至于今天我们的运载火箭对于低温推进剂的应用也越发普遍和细致。

低温推进剂有利于人类保护自然环境

如果说仅仅是性能的一些优势让人类心甘情愿地接受低温推进剂所带来的技术难题的话，那么相对于普遍具有毒性和强腐蚀性的常温推进剂而言，低温推进剂组合的无毒、无污染特性，也足以让我们说服自己运用这项技术。显然，出于对地球家园和人类自身的爱护而面对低温推进剂带来的系列挑战也是值得的，这也是当前主流火箭均普遍选择低温推进剂的另一个重要原因。