研制背景
進入二十一世紀的第二個十年，随着中國和世界航天事業的發展，對大型運載火箭需求的提高，中國原有的“長征”系列火箭所用的推進劑、發動機和箭體直徑越來越顯得過時，越來越不能适應航天事業的發展需要，越來越不能不能适應國際航天商業發射市場的需求。
中國空間技術研究院（航天五院）研制的東方紅四号衛星質量已經達到了5.1噸，下一代的東方紅五号通信衛星将達到6.5~7噸，這已經遠超中國現階段地球同步轉移軌道（Geostationary Transfer orbit，GTO）運載能力最大的長征三号乙5.5噸的運載能力；中國載人航天工程在2017年後将進行大型空間站的建設，核心艙質量将達到20噸級别，這更遠超現有長征二号F火箭9.2噸的近地軌道（Low Earth orbit，LEO）運載能力；嫦娥探月工程在完成一期的繞月，二期的落月後，采樣返回的三期工程也需要更大運力的火箭才能實現；再往後10年在深空探測方面，對火星，木星，近地小行星和小行星帶探測也需要更大運力的運載火箭。因此發展大推力火箭是迫在眉睫。
世紀初，世界上開發出或開發中的多種型号運載火箭，比如歐洲空間局廣泛投入市場的“阿麗亞娜5号”運載火箭、美國的“德爾塔号”系列、俄羅斯的“安加拉号”系列和日本的H-IIB号運載火箭，都具有可靠性高、運載能力大、發射成本較低的特點。反觀中國“長征”系列，運載能力低、可靠性不高、安全性差、服務周期長、使用的偏二甲肼和四氧化二氮推進劑毒性大且價格昂貴，如果不趕快改進，将被擠出世界航天市場。
設計思路
包括長征五号在内的新一代運載火箭按照“立足長遠、統籌規劃、優先發展、分步實施”的發展原則，貫徹“通用化、組合化、系列化”設計思想，基于已經開展工程研制的50噸液氫液氧發動機和120噸液氧/煤油發動機，以及大直徑箭體結構，首先完成芯級直徑5米的長征五号大型火箭研制，大幅度提高我國運載火箭的能力及技術水平，并為未來的系列化發展奠定基礎。在此基礎上形成近地軌道運載能力最大覆蓋到25噸、地球同步轉移軌道運載能力最大覆蓋到14噸的新一代運載火箭系列。5米直徑長征五号大型火箭作為新一代運載火箭發展的重點，其研制成功後将解決新一代運載火箭的關鍵技術，實現我國運載火箭的升級換代。
動力系統
YF-100發動機
主條目：YF-100火箭發動機
YF-100是一種液氧煤油分級燃燒循環火箭發動機，是我國1990年代中期研發的八十五噸推力發動機的挖潛型。在長征五号系列運載火箭中它将被安裝在火箭的助推器上。YF-100采用先進的富氧預燃分級燃燒循環。總體而言，其整個動力循環相當先進。YF-100發動機地面推力約120噸，地面比沖約300秒，真空推力約136噸，比沖約335秒，噴口直徑約1.4米，可以65%節流以調節推力。迄今為止，YF-100的總試車時間已經超過了2萬秒，YF-100液氧煤油發動機的可靠性已經得到了充分的檢驗。YF-100還可以回收重複利用：經過試車的發動機可以再安裝到火箭上（以前經過試車的發動機就報廢了），這樣大大減少了研發資金。
YF-77發動機
主條目：YF-77
YF-77是一種液氧液氫燃氣發生器循環火箭發動機，将被用于長征五号系列運載火箭的芯一級。YF-77地面推力約52噸，比沖約310秒，真空推力約70噸，比沖約419秒，噴口直徑約1.45米，可以說是新一代運載火箭氫氧發動機中推力最小的型号。YF-77于2001年正式立項，但進度不太理想，研制工作中遇到了很多的問題。YF-77發動機已經實現了超過1萬秒的試車時間，單台發動機試車時間達到了5000秒，按現有進度足夠保證2014年長征五号首飛。
YF-75D發動機
主條目：YF-75D
YF-75D氫氧發動機是中國新一代上面級發動機，采用膨脹燃燒循環。從最新報道看，YF-75D發動機性能現有的YF-75發動機相近，均為真空推力約80千牛和真空比沖約440秒，但可靠性有了很大提高，還可能具備更多的啟動次數，将用于長征五号系列運載火箭的上面級。
先進技術
數字化技術
全型号數字化設計工作内容是利用計算機模拟試驗過程，在實物試驗之前，借助理論計算開展實驗分析預示；在實物試驗之後，通過比對數字化試驗和實物試驗的結果，修正理論模型，并為設計優化提供正确的模型。
在以往的火箭研制過程中，技術人員必須在做出真正的産品樣機以後，才能發現不同部件設計的偏差或者不協調，然後按照試驗結果進行修正，這樣容易拉長研制周期，消耗大量物資和試驗設備。如今，在工程中利用三維設計手段，通過仿真軟件進行模拟試驗，節省了大量的人力、物力和财力，提高了設計可靠性。
長征五号火箭實現數字工程化應用，最大的難點是在沒有任何經驗可以借鑒的情況下，采用全新的設計方法與設計理念。長征五号火箭實現數字工程化應用，也标志着中國火箭研制水平提升了一大步，并大大推動了航天産品數字化的進程。
振動試驗技術
2012年9月我國最大推力高達70噸的電動振動試驗系統研制成功。該系統由北京強度環境研究所研制，采用兩台35噸電動振動台并激，實現總推力達70噸，利用多維振動控制技術，完成了正弦振動、随機振動和沖擊等多種形式的試驗，同時，還通過兩台振動台的相位差實現單台振動台無法實現的角振動試驗。
長征五号運載火箭全箭振動試驗将包括20餘個飛行秒的測試。實驗不僅可為長征五号安全飛行提供可靠參考，還可為後續的模拟仿真試驗收集參考數據。通過模拟長征五号儀器艙在飛行過程中的各種振動環境，考核了儀器艙的環境适應性和可靠性，為火箭儀器艙在正式飛行中能夠正常工作奠定基礎。
制造技術
長征五号火箭推進劑儲箱使用2219鋁合金，這是美國土星五号火箭到航天飛機，蘇聯能源火箭和歐日新一代運載火箭廣泛使用的材料。長征五号在箭體加工上使用了先進的攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）技術，這是1991發明，1998年美國才在運載火箭上首次使用的焊接技術，日本則是2009年H-IIB火箭才首次使用。攪拌摩擦焊和輕質鋁合金的使用減輕了結構質量，提高了運載能力。
在生産長征五号運載火箭一級氫箱時，針對産品體積較大且結構剛性較弱的特點，中國運載火箭技術研究院211廠研究運用銑焊一體技術、内撐外壓技術和輔助支撐技術等手段解決了焊接過程中的一系列難點問題，成功研制了國内最大火箭貯箱。
運輸技術
長征五号直徑5米的芯級部件要由海上運送至火箭發射場進行組裝（原因詳見“生産運輸及裝配”一節）。運輸任務将由中國國産新型運輸船“遠望21”号承擔。“遠望21”号總長130米，型寬19米，型深12米，設計吃水5.8米，滿載排水9080噸。
中國航天科技集團公司一院15所與有關公司成功聯合研制大型集裝箱。該集裝箱将用于裝載長征五号運載火箭(以下簡稱“大火箭”)芯一級箭體。該集裝箱的成功研制，為“大火箭”海上運輸、順利運抵海南發射場奠定了基礎。此集裝箱長36.2米，寬6.4米，高6.6米，自重50餘噸，體積是标準集裝箱的40倍。 圖為“大火箭”集裝箱。
其他技術
長征五号火箭使用了電氣一體化設計、冗餘設計、光纖通道火箭控制系統總線、新型發射支持系統、伺服機構系統等先進技術。
電氣系統
長征五号電氣系統采用電氣系統一體化設計。箭上電氣系統包括控制、測量、能源以及附加等模塊。其中控制模塊主要完成火箭飛行過程中的姿态控制、制導以及時序控制等功能，并且采用GNSS/ 慣性測量複合制導與激光陀螺捷聯冗餘控制系統；測量模塊主要完成箭上飛行參數的測量以及安控等功能；能源模塊完成箭上儀器設備的供電功能，附加功能模塊則完成火箭的推進劑利用、故障監測等功能。采用總線對各個功能模塊進行信息綜合、統一供配電。
布局結構
長征五号系列運載火箭分為六種構型，用字母A-F表示，分别對應其下屬的六款火箭。其中構型A、B、C為帶助推器的一級火箭結構（即“一級半”），主要用于發射近地軌道航天器；構型D、E、F為帶助推器的二級火箭結構（即“二級半”），主要用于發射高軌道航天器。其中構型D為基本型。
長征五号采用模塊化設計，火箭各組成部分對應不同的模塊：芯一級對應5米直徑火箭芯級模塊，芯二級對應5米直徑火箭上面級模塊，3.35米直徑助推器對應3.35米直徑火箭助推級模塊，2.25米直徑助推器對應2.25米直徑火箭助推級模塊。四種基礎模塊根據不同方式搭配再加上整流罩等火箭部件就可以形成我們所知的六種不同構型火箭。
總體布局
長征五号基本型（即構型D）包含了上述所有4個模塊，涵蓋了系列火箭所有關鍵技術項目，結構具有代表性，下面以它為例進行火箭總體布局介紹。
長征五号運載火箭基本型為帶助推的兩級火箭。火箭由頂至下依次為整流罩、子二級（上面級）、子一級、2個3.35米和2個2.25米直徑助推器。
整流罩采用馮·卡門氣動外形泡沫夾層結構和橫向線性分離裝置。
在芯一級配置2台50噸氫氧發動機（YF-77火箭發動機），第一級燃料箱旁捆綁了四個助推器，3.35米和2.25米直徑助推器交替排列。3.35米直徑助推器配置2台120噸液氧煤油發動機（YF-100火箭發動機），2.25米直徑助推器配置單台120噸液氧煤油發動機。芯二級（即上面級）采用改進的長征三号甲三子級膨脹循環氫氧發動機（YF-75D）作為主動力。
整流罩
長征五号整流罩是目前國内直徑最大、質量最大的整流罩，直徑5.2米，長度根據不同的下屬型号而有所不同（詳見“下屬型号”一節）。
該整流罩首次采用了馮·卡門外形泡沫夾層結構和橫向線性分離裝置等新技術。
整流罩将與有效載荷一起垂直整體運輸、吊裝。
芯一級
芯一級采用5米直徑火箭芯級模塊。5米直徑模塊采用全新的大直徑技術，使用液氫和液氧作為推進劑，使用2台50噸氫氧發動機（YF-77）雙擺，以及相應的新的增壓輸送系統和伺服機構等。
芯二級
芯二級采用5米直徑火箭上面級模塊。同樣作為5米直徑模塊，其采用全新的大直徑技術，使用液氫和液氧作為推進劑，采用改進的長征三号甲三子級膨脹循環氫氧發動機（YF-75D）作為主動力，2次啟動，發動機雙擺，以及相應的新的增壓輸送系統和伺服機構等。另外芯二級采用無毒、無污染輔助動力系統，配有氣氧煤油姿控發動機。
助推器
1、3.35米直徑助推器
2、2.25米直徑助推器
下屬型号
注：本表來源于2006年發表的《中國新一代運載火箭發展展望》，但至少在2008年時火箭的設計經過多輪優化調整，故上表中援引2006數據時均添加“約”字，數據僅供參考。上表中“起飛推力”一欄數據由該型火箭發動機海平面推力簡單累加算得。
研制團隊
總設計師：李東
副總設計師：朱曦全，楊虎軍，馬佳，劉站國，王維彬
總指揮：
副總指揮：馬佳，李斌
研制曆史
論證與預研階段
1986年11月中國啟動實施了高技術研究發展計劃，簡稱863計劃。“863計劃”中的第二個重要的高技術領域航天技術領域主題項目之一為大型運載火箭和天地往返運輸系統主題(簡稱為204主題項目)。
90年代，擔任863計劃火箭發動機和大型運載火箭專家組組長的朱森元提出中國新一代運載火箭，必須是低成本、高可靠、無污染、模塊化研制、積木式發展的。該建議在經過論證和完善後，成為中國新一代運載火箭發展的基本原則。
2001年中國新一代大推力運載火箭研制計劃正式立項。這一時期，火箭研制專家組确定了兩條火箭模塊确定原則：一是以火箭發動機推力來确定模塊，包括助推模塊，推力為120噸力（正負20噸），采用液氧煤油發動機，和箭身模塊，推力為50～70噸力（地面推力50噸，真空推力70噸，正負20噸），采用液氫液氧發動機；二是以火箭箭身直徑為模塊，包括2.25米、3.35米和5米箭身模塊。
動力系統方面，二十世紀80年代中國張貴田院士就提出發展高壓補燃液氧煤油發動機的設想，經過其努力863計劃将液氧煤油發動機列入規劃。1988年他率領隊伍開始研究性試驗，到1990年全面開展關鍵技術攻關，1990年從前蘇聯引進了2台RD-120高壓補燃液氧煤油發動機進行原理研究，此後1995年進行全系統發動機試車。以此為基礎中國開始開發國産YF-100高壓補燃液氧煤油發動機，1998年動力部門取得渦輪泵聯試的成功，為開展高壓補燃液氧煤油發動機鋪平了道路。2000年9月YF-100大推力液氧煤油發動機通過研制和技術保障條件國家立項，2001年10月轉入初樣研制階段，2005年12月轉入試樣階段。
上世紀90年代中國開始大推力氫氧發動機的研制工作，最終YF-77于2001年12月研制立項獲得批複，發動機關鍵技術攻關全面展開。
方案設計階段
2006年10月國防科工委、财政部聯合批複了新一代運載火箭基本型工程研制的立項進入工程研制。
初樣研制階段
2009年2月20日，長征五号運載火箭通過方案轉初樣階段評審，進入初樣研制階段。
2011年，一級半最大構型長征五号乙立項進入工程研制。
2012年，長征五号系列運載火箭進入大型地面驗證最後階段。
2012年1月11日，長征五号系列運載火箭首件一級氫箱研制成功。
2012年2月，長征五号系列運載火箭順利完成初樣第二輪全箭數字樣機模裝協調工作，在中國火箭史上首次實現了全型号數字工程化應用。
2012年5月31日，長征五号系列運載火箭研制在天津順利完成助推器大型分離試驗，這是初樣研制階段最重要的大型地面試驗之一。
2012年6月，長征五号火箭芯級二級氫箱全面展開液氫狀态低溫靜力試驗。
2012年12月初，長征五号系列火箭首個整流罩在中國運載火箭技術研究院211廠成功下線。
2012年12月28日，長征五号運載火箭全箭振動試驗拉開了序幕。
2013年3月，長征五号系列運載火箭貯箱首次聲發射技術試驗成功。
2013年4月10日，長征五号運載火箭一級氧箱完成了低溫靜力試驗。
2013年6月27日，完成5.2米直徑整流罩分離試驗，是迄今為止中國進行的最大直徑的整流罩分離試驗。
2013年6月29日，長征五号在北京成功進行助推器動力系統試車。
動力系統方面，2009年12月，YF-77轉入試樣研制階段。
2012年5月28日，120噸級液氧煤油發動機項目通過國家國防科工局驗收。
2012年7月29日，YF-100大推力液氧煤油發動機在西安成功進行了極限工況熱試車。
2012年8月17日，YF-77氫氧發動機500秒長程熱試車取得圓滿成功，标志着2014年長征五号火箭首飛發動技術狀态已經确定。
試樣研制階段
2013年7月11日，長征五号運載火箭通過初樣轉試樣階段評審，進入試樣研制階段。
2013年8月21日，長征五号首個箭體總裝進入收尾階段。
2013年10月，長征五号芯一級箭體裝載用大型集裝箱成功研制。
2013年10月16日，長征五号全箭振動特性試驗全面展開。
2013年10月，長征五号火箭助推模塊超大尾翼研制成功。
2014年03月，中國航天科技集團公司一院成立了新一代運載火箭聯合指揮部，統籌管理協調長征五号、長征五号乙、長征七号和固體運載火箭的研制工作。
2014年12月，助推器斜頭錐靜力試驗。
2015年2月9日，芯一級發動機第一次點火試驗。
2015年3月24日，芯一級發動機第二次點火試驗。
2015年4月2日，輔助動力系統試車。
2015年4月14日，上面級分離試驗。
動力系統方面，2014年4或5月，長征五号火箭芯二級氫氧發動機YF-75D進入驗收階段。
2014年6月23日，YF-100通過了工藝鑒定試車，進入工程應用階段。
2014年7月，YF-75D完成高空模拟校準試驗。
火箭特點
新一代運載火箭充分采用模塊化技術，通過标準模塊的組合形成運載火箭系列，滿足不同的任務需求。新一代運載火箭作為長征火箭的升級換代産品，在多個方面将實現跨越式的發展，主要包括以下幾個方面：
運載能力大
近地軌道最大運載能力25噸，地球同步轉移軌道最大運載能力為14噸，分别是現有長征火箭最大運載能力的2.5倍和2.7倍，可以為未來我國航天事業的發展創造良好的條件。
無毒污染
采用液氫、液氧、煤油等無毒、無污染推進劑，順應了國際形勢和國策的要求，也符合國際運載技術的發展趨勢。
成本低
貫徹簡潔設計、三化設計的思想，在大幅度提高火箭運載能力的同時，也使單位質量的入軌成本比現有長征火箭有較大的下降。
可靠性高
以比傳統火箭普遍少一級的一級半（“半”表示有助推器）或二級半構型來提高火箭固有可靠性，以冗餘、容錯、降額等設計方法的廣泛運用來提高設計可靠性，以牽制釋放裝置來提高發射可靠性。長征五号可靠性為98%，比中國載人火箭97%的可靠性還多出一個百分點。
适應性強
包括靈活的任務執行能力，完整的運載能力覆蓋範圍，以及良好的履約能力，來滿足用戶多種多樣的需求。
生産和運輸
生産
長征五号的生産任務将由位于天津濱海新區的新一代運載火箭産業化基地完成。2007年，國防科工委與天津市簽約，備受矚目的新一代運載火箭産業化基地落戶天津濱海新區。國防科工委副主任虞列貴在開工儀式上說，該基地是中國新一代運載火箭研制工程的基礎保證，也是後續批量生産和産業化、軍民結合的航天高科技重要基地。基地建成後，将滿足中國未來30~50年發展空間技術及和平利用空間的需要，實現運載技術跨越式發展和航天可持續發展。新一代運載火箭産業化基地一期工程包括鑄鍛造、钣金、機加工、表面處理、部段生産、總裝測試、靜力試驗等廠房。長征五号的大部分部件将在這裡被生産，其他部分如火箭發動機和3.35米直徑助推器雖然分别由西安和上海負責生産，但它們都需要将産品運送至産業化基地進行組裝。
運輸
長征五号系列運載火箭突破3.35米直徑的限制，芯級直徑達到5米，要将其部件運送至發射場，原本常用的鐵路運輸由于隧道直徑不足等問題無法使用，而大量的大部件運輸和昂貴的成本也使空運的方案擱置，于是海運成為了最好的選擇。海運由專門的運輸船完成，這時長征五号肥胖的身軀（5米直徑）将不成問題。而海運，也成了長征五号将發射地點選擇在瀕海的海南文昌的原因之一。
長征五号在産業化基地完成後将被運送至天津港，裝入專門為大火箭準備的國産新型運輸船“遠望21”号，經渤海、黃海、東海、台灣海峽、南海、瓊州海峽等海域，經過五至七天時間，航行約一千八百海裡，到達海南省清瀾港西碼頭，再通過公路運往發射場内的火箭水平轉載準備廠房。
火箭搭載的航天器（載荷）将空運至海口美蘭機場，經公路運往航天器總裝測試廠房。
發射場操作
長征五号的發射場選擇在海南文昌衛星發射中心。
文昌衛星發射中心位于中國海南省文昌市附近北緯約19度19分0秒，東經約109度48分0秒，原是中國以前的一個發射亞軌道火箭的測試基地。經過擴建改進，将成為中華人民共和國的第四個衛星發射中心。該發射場具有維度低和臨海的天然優勢，并且自動化、信息化、智能化程度、可靠性和安全性也很高。
長征五号系列火箭下船後到達發射場，在綜合測試大廳進行測試後，進入垂直總裝測試廠房進行起豎、對接、綜合測試。而火箭将要運載的航天器（載荷）完成總裝測試後，以垂直狀态運送到加注與整流罩裝配廠房
，進行航天器的推進劑加注和整流罩裝配，然後以航天器/整流罩組合體形式垂直轉運至火箭垂直總裝測試廠房與火箭對接安裝。火箭、航天器聯合總檢查以及相關轉場準備工作後，将垂直整體運輸至發射工位，實施燃料加注，火箭點火發射。
火箭應用
長征五号系列可發射20噸級長期有人照料的空間站、大型空間望遠鏡、返回式月球探測器、深空探測器、超重型應用衛星等。因此我們可以預測，天宮二号、天宮三号、嫦娥五号和我國計劃中空間站的核心艙、實驗艙Ⅰ和實驗艙Ⅱ都将由長征五号系列運載火箭承擔發射任務。
發射記錄
大事記
相關對比
意義
在長征五号系列運載火箭和位于海南島的海南文昌衛星發射中心問世後，中國将具備将1.2噸至25噸的有效載荷送入近地軌道，1.8噸至14噸的有效載荷送入地球同步轉移軌道的能力。這意味着中國可以發射質量更大、功能更全的衛星，如20噸級長期有人照料的空間站、大型空間望遠鏡、返回式月球探測器、深空探測器、超重型應用衛星等，并可以進行一箭多星的發射，提高衛星的發射效率和組網的速度。“如果長征五号進入應用，我國火箭的低軌道運載能力将由原來的8噸提高到25噸。在一段時間内，我國運送航天器入軌的能力可以達到很高的水平，很可能就是世界最高水平。”中國運載火箭技術研究院副院長郝照平說，“這不僅體現了我國幾十年航天科技發展的積澱，也符合我國航天事業的長遠發展需求。”
長征五号研制成功以後，5米直徑系列火箭涉及的所有技術均得到掌握，在大幅度提升中國進入空間的能力的同時為後續衍生型火箭的發展奠定了基礎。
長征五号的研制不僅能夠進一步滿足中國航天事業發展的需求、保持中國運載火箭在世界航天界的地位，而且該火箭的研制和生産将推動我國空間科學和空間應用産業的發展，帶動多領域科學技術的進步，促進國民經濟建設和國防建設，從而進一步提高中國的綜合國力。
