“撑得住、点得着、分得开”——细数长征五号助推器的技术创新
11月3日晚间，4个直径3.35米的助推器，稳稳托举起直径5米的长征五号，直冲云霄。
作为我国首个采用助推器支撑的捆绑火箭，长征五号的4个助推器是目前国内最大的低温液体助推器，为全箭提供竖立状态支撑和助推飞行阶段90％的推力及姿态控制，是长征五号起飞的主要动力之源。
“撑得住、点得着、分得开”，这是2006年10月中国航天科技集团公司上海航天技术研究院立项时，对长征五号的4个助推器提出的三大要求。
“撑得住”，是指长征五号加注完成后，4个助推器要承担全箭860多吨的重量。同时，每个助推器安装2台120吨液氧煤油发动机，起飞段也主要依靠助推器8台液氧煤油发动机的推力。
“点得着”，是指助推器的增压输送系统，能够创造满足液氧煤油发动机点火的条件，并在飞行中提供稳定的推力。
“分得开”，是指助推器推进剂耗尽后，芯级与助推器之间的前后捆绑连接结构，能够可靠解锁，实现助推器与芯级的安全分离。
为实现这三大要求，除控制系统外，长征五号的4个助推器需“五脏俱全”，相当于一枚单级运载火箭。研制规模与难度，非同一般。
在长达10年的研制历程中，上海航天技术研究院先后突破了低温POGO分析和抑制技术、偏置集中力设计分析与试验技术、氦加温增压技术、尾部防热技术等14项重大关键技术攻关。
为满足“撑得住”的高要求，助推器采用了斜头锥和前捆绑主传力结构。在飞行过程中，助推发动机产生的推力，通过头锥上的前捆绑点传递给芯级，在头锥不足0.1平方米前捆绑点处，需要承受300多吨的偏置集中力载荷。
为此，研制团队专门为头锥“量身定制”了一款专属的“梁式”承载偏置集中力构型。用3000多个零件铆接而成斜头锥，而锥体与芯级的前捆绑点轴承支座，则采用了一体化设计，用1吨多重的高硬度钢材，在数控机床上加工到100多公斤，有效保证了结构的强度。
增压输送系统是连接推进剂贮箱与发动机的纽带。助推器上每个120吨大推力液氧煤油发动机，其产生的最高压强达500个大气压。针对长征五号个头大、动力强、发动机入口压力高等要求，研制团队采用了全新的液氧箱大流量氦气加温增压方案。
同时，为保证火箭的推力，还采用了全冗余闭式增压控制、高压大吸力电磁阀、高减压比减压器、双触点压力信号器等一系列新技术，都是上海航天技术研究院在运载火箭首次进行工程应用，实现了动力系统技术的升级换代。
针对海南文昌发射场的气候特点，研制团队对箭体各舱段对接面、舱段开口处、连接开口处等进行密封处理，对电连接器等进行了48小时浸泡试验，确保万无一失。
在长征五号助推器的研制过程中，研制团队还全面引入了数字化模式，率先开展以数字样机为核心的全型号数字研发。首次引入全箭全三维一体化设计理念，将繁杂的问题条理化；突破三维数据交换难题，实现了数字一体化集成；首次成功构建全箭数字样机，与传统方法相比，取消实物样机，不但节省了上千万元的成本，还大幅缩短了研制周期。
首次实现了TOP－DOWN自顶向下的数字化协同研发技术的应用，构建数字化平台进行航天型号的管理；首次在航天产品中引入人机装配仿真，在3D环境中对模型进行虚拟装配仿真，利用数字化虚拟装配技术的强大功能，显著提升产品设计质量和竞争力。
（张建松）
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