萬丈高樓，起于設計。
長征五號運載火箭的設計沒有太多經驗可以直接拿來，它是真正的跨代研制項目，是在一張白紙上重新畫下每一根線。
運載火箭專家、中國工程院院士龍樂豪說，長五火箭是新一代運載火箭的老祖宗。從這個意義上說，在我國火箭發展史上，長征五號運載火箭與長征二號運載火箭有著相似的意義。長五火箭啟動研制是為了全面提升我國進入空間的能力，而不是以發射某個特定載荷為目標。
“以前是兩地之間需要一條路，于是就修這么一條路。而研制長五火箭是修一條高速公路，把沿線地點都帶動起來。”長五火箭總設計師李東說，這是設計理念上最重要的突破，表明了頂層決策的重大進步。
從2006年10月到2009年2月，用時約29個月，長五火箭在中國航天科技集團公司設計師的計算機里逐漸成型。
“像一棵樹，慢慢長，越來越清楚。”長五火箭副總指揮曲以廣形容這一過程。
12項核心關鍵技術，247項關鍵技術，接近100%的技術創新，從設想逐步走進現實。高可靠性、低成本、無毒無污染、高適應性、高安全性……長五火箭躋身國際最先進火箭之列，起步于設計理念的先進。
一：大火箭之大
“實現大運載能力，一靠大發動機，一靠大結構。”李東說，火箭要么“長高”，要么“長胖”，太高就變得細長，結構強度減弱。所以，大直徑變成了必須突破的屏障。
設計師的難題在于，不僅要大，還要輕。與其他工業產品相比，設計火箭最關鍵的約束就是重量。
好鋼用在刀刃上，火箭設計師將重量一邊省給燃料，一邊省給載荷，箭體自身則越輕越好。這一主題貫穿設計始終。
長五火箭副總設計師婁路亮回憶，為了給箭體減重，設計師曾經歷過壓力相當大的一段時間。通過智能減載、優化結構、更換材料、創新工藝等措施，他們最終成功為火箭減重。“過程當中，我們大膽趟出了很多前人沒有走過的路。”
長五火箭的創新設計，是從總體優化開始的。
研制之初，長五火箭就確定了系列化、組合化、模塊化的研制思路，力爭以最小的投入得到最大的產出。
長五研制帶動的大推力液氧煤油發動機、控制系統的系統級冗余等，已經被新一代運載火箭所共享。
按照系列化思想，長五同時開展了6種構型的總體設計，從低軌道到高軌道的運載能力實現全覆蓋。
最初設計時，包含5米直徑芯級、3.35米直徑助推器、2.25米直徑助推器幾個標準模塊，以不同的組裝方式可以實現不同的運載能力。
當年統稱為長五火箭的6種構型中，后來分出了長征六號和長征七號，并早于長征五號訪問太空。像一棵樹，慢慢長，枝葉越來越繁茂。
二：大火箭之力
大，太大，當然是長五火箭與其他長征火箭相比最重要的外形特征。除了這一點，最明顯的差異當屬助推器的斜頭錐。斜頭錐有著優異的氣動外形，是減少空氣阻力的不二之選。
但助推器設計的高超之處，遠不止如此。
研制之初，長五火箭總體與助推器分系統經過長時間聯合論證，最終定下包括斜頭錐、前捆綁主傳力、助推主支撐等全新技術在內的助推器方案。當時歐洲阿里安5火箭已經使用了這些技術，但大量關鍵技術在國內還是空白。
斜頭錐和前捆綁傳力，使得助推器從內而外成為一個非對稱結構。箭體非對稱結構比對稱結構的設計更為復雜。
長五火箭副總指揮兼副總設計師鮑國苗說，一個長五助推器的研制難度，不亞于其他常規火箭的芯級。
最終，助推器研制時間長達10年，“小小的”斜頭錐也經歷了六七年才定型。
助推器設計的唯一宗旨，就是在起飛時提供足夠大的推力，克服地球引力。以往的長征火箭，助推器依靠接近尾部的后捆綁點向芯級傳力，實現較為容易，但效率不及前捆綁點傳力。采用前捆綁點傳力，還可以為芯級減輕負擔，將節省下來的重量用于載荷與燃料。長五火箭果斷選擇了前捆綁主傳力方案。
長五火箭豎立時，依靠4個助推器底部共12個支撐點“踮腳”站立。所以在發射瞬間，每個助推器需要將底部3個支撐點的推力最高效地傳送到頭錐內側的那個前捆綁點上，帶動火箭起飛。助推器內部的力“先擴后收”，軌跡復雜，設計更復雜。
“這種偏置集中力的計算，在仿真和試驗時難度極大。”鮑國苗說。
難度到底多大？當他們將數字仿真計算的任務交給國內實力最強的高校時，對方起初坦言難以勝任。
可以說，長五火箭帶動了國內復雜結構大偏置力設計、仿真與試驗能力的大跨度進步。
三：大火箭之智
由箭載計算機、傳感器、線纜等組成的控制系統，遍布火箭全身，源源不斷傳輸著龐大的數據，并迅速計算出結果，指揮火箭向哪飛、怎么飛。
“簡潔、智慧、靠譜，是長征五號控制系統的設計理念，也是最明顯的優點。”長五火箭副總設計師李學鋒說。
長五火箭控制系統采取了大量首創的控制策略，突破了26 項重大關鍵技術，綜合性能指標達到全球先進水平。
火箭飛行時，要實時控制飛行姿態，保證不偏航，尤其是在飛越大風區時，要避開對箭體結構造成的最大應力，并精確分離、精準入軌。這是控制系統的職責；
長五點火起飛時，10臺發動機一起發力，推力超過1000噸。讓這些發動機在飛行中始終提供最大推力，這也是控制系統的職責。
長五火箭控制系統設計師將火箭飛行控制和燃料利用集成這兩個功能統一在了一個數字化網絡平臺上，既控制飛行姿態，又控制發動機的利用。這種“總線控制技術”為我國新一代運載火箭首創。
為了提供最大推力，液氧煤油和液氫液氧兩種發動機需要被合理分配，甚至點火時間也有毫秒級的先后之分，這就需要采用不同的控制策略。為此，設計師全球首創了大推力發動機精準關機技術。
類似的全球首創技術，長征五號控制系統一共有5項，打造了全球先進的“火箭大腦”。看起來，火箭一點火，“轟隆”一聲就飛了。其實，火箭全身上下都被控制系統精確地調控著。
“ 這都是精細活兒。”李學鋒說，長五火箭里，控制系統的電纜線總重超過1噸。
而完美干出這些精細活兒的并不是地面上的人，是箭載計算機。
火箭一旦點火升空，就進入了“自動駕駛”模式。“火箭之眼”——慣性測量組合每20毫秒感知一次火箭的速度、位置和姿態，傳送給箭載計算機。計算機飛快運算，指揮火箭實時作出調整。
長五火箭的高可靠性也有著控制系統的卓越貢獻。長五火箭全面采用了系統級冗余技術，核心控制儀器均采用三取二冗余技術，主流的可靠性技術長征五號一應俱全，即使發生了小故障也不影響成功。
“既然要搞新一代，就搞可靠性最高的。”婁路亮說，長五火箭的設計可靠性達到我國火箭的最高值：0.98。也正因為這么高的可靠性，研制團隊對高風險的首飛信心很足。
四：大火箭之助
液氧煤油發動機和液氫液氧發動機早就被認可為環保、高效、受歡迎的兩類液體火箭發動機。半個世紀前出版的《星際航行概論》中，“中國航天之父”錢學森就盛贊過它們。
但縱觀國際航天界，點火起飛時使用異型液體發動機，還要追溯到蘇聯的能源號火箭。異型發動機“脾氣”不同，從點火到建立推力再到平穩起飛，控制難度大于同類發動機同時工作。
長五火箭芯一級的氫氧發動機推力為50噸級，助推器使用的液氧煤油發動機推力為120噸級。既然如此，芯一級為什么不干脆也使用推力更大的液氧煤油發動機呢？不僅外行人會感到疑惑，在方案落定之前，一些業內人士也曾提出過這個問題。
這是設計團隊在1000多種方案中篩選出的最合理搭配。原因在于，絕對推力并非運載能力的決定性因素。
當火箭升空之后，火箭對比沖的要求提升，對推力的要求降低。燃燒同樣質量的液氫液氧混合物產生的氣流速度比液氧煤油更高，能將火箭送往更高的軌道。
液氫與液氧是當前火箭燃料中最高能的物質，大推力液氫液氧發動機是航天科研水平的標志。我國大推力液氫液氧發動機2001年立項，比長五火箭立項還要早5年。
發動機是航天航空工業中的一道難關，被稱為“ 工業桂冠上的那顆明珠”。為什么這么難？
長五火箭副總設計師王維彬說，就氫氧發動機來說，它將低溫、高溫、高壓、高轉速、高熱流密度等極端特性集于一身，在極短時間內發生難以想象的劇烈變化。而大推力比之小推力，又難上加難，“就像建一座普通體育館和鳥巢的區別”。
以人為本、安全可靠、綠色環保，是長五火箭研制初期就定下的設計原則。在設計長五火箭時，設計師努力實現了液氫加注時不需要人值守。他們通過應用大量新技術，減輕了人的工作強度，使得發射前準備工作簡化。否則，如此大體量的低溫火箭，射前準備工作會讓人忙碌得難以想象。
五：大火箭之美
被昵稱為“胖五”的長五火箭，身材健壯但比例勻稱。
“很多人感覺看起來很舒服、很漂亮，整流罩和斜頭錐都很漂亮。”但設計之初其實并沒有考慮到這種美感，李東說，“設計師們只是在尋找一種最合理的設計。”
整流罩采取了馮·卡門曲線設計，這一由“ 導彈之父”發現的曲線，可以有效地減小空氣阻力，減輕載荷影響；助推器采取斜頭錐設計，與芯級優美銜接。長五火箭的外形因而圓潤而飽滿。
“合理、協調的東西都是美的，人長得漂亮肯定也是比例勻稱的。通過設計獲得了最合理的外形、最小的氣動阻力、最有效的傳力方式，各分系統互相協調也是最和諧的，自然就美了。”李東說。
大火箭之美，其實并非完全由它的曲線和比例判斷，與它的色彩、噴繪關系也不大。
當高達20層樓、壯如小山的長征五號真正矗立在面前時，你會感到：大即是美。在發射一瞬間，地動山搖的時候，這種感覺更加強烈。看到它的人情不自禁贊嘆它“ 漂亮”的時候，其實是在說它的“大”。
因為大火箭的背后，是國家科技能力、制造水平的全面體現，是我國向航天強國、科技強國、制造強國目標前進的實實在在的一步。所以，火箭越大，就越是航天科研實力的壯大，就越是國家實力的強大，就越能在探索宇宙的道路上再躍進一大步。
榮耀的起點，歸于長五火箭的設計師。他們人數多達上萬，其中核心人員也多達上千，正值壯齡。副總設計師楊虎軍、婁路亮等一批航天青年干將，伴隨了長五火箭10年，至今也才40歲左右。
一位全程參與長五火箭組織工作的人見證了他們的付出，說：“他們把最好的10年獻給了這枚火箭。”