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[導(dǎo)讀]5月5日,長征五號B運載火箭搭載新一代載人飛船試驗船成功首飛。長征五號B運載火箭,是我國首個一級半構(gòu)型的大型運載火箭,主要用于近地軌道大型航天器發(fā)射,承擔(dān)著我國載人空間站艙段等重大航天發(fā)射任務(wù)。

5月5日,長征五號B運載火箭搭載新一代載人飛船試驗船成功首飛。長征五號B運載火箭,是我國首個一級半構(gòu)型的大型運載火箭,主要用于近地軌道大型航天器發(fā)射,承擔(dān)著我國載人空間站艙段等重大航天發(fā)射任務(wù)。

長征五號B運載火箭是在長征五號運載火箭基礎(chǔ)上改進研制的新型火箭,根據(jù)空間站任務(wù)要求新研制了大型整流罩,并對全箭進行了適應(yīng)性改造?;鸺L約53.7米,芯一級直徑5米,捆綁4個直徑3.35米助推器,整流罩長20.5米、直徑5.2米,采用無毒無污染的液氧、液氫和煤油作為推進劑,起飛質(zhì)量約849噸,近地軌道運載能力不小于22噸。

我國新一代載人飛船將同時兼顧近地軌道任務(wù)和更遠的深空探測。研制團隊采用了全新的防熱材料和防熱結(jié)構(gòu),耐熱能力相當(dāng)于神舟飛船的3~4倍。在返回再入控制上,也會保證落點精度、保證過載不超過航天員的承受范圍。此次發(fā)射還將驗證更加安全的“群傘+氣囊”著陸方式,以及飛船可重復(fù)使用的相關(guān)技術(shù)。新一代載人飛船將力爭實現(xiàn)返回艙可重復(fù)使用10次,并逐步降低成本。

新一代載人飛船試驗船是為我國近地空間站運營和后續(xù)載人月球探測等任務(wù)研制,全長8.8米,發(fā)射質(zhì)量21.6噸,具備高安全、高可靠、適應(yīng)多任務(wù)和模塊化設(shè)計特點,主要用于驗證氣動熱防護、再入控制和群傘減速回收等關(guān)鍵技術(shù)。

此次發(fā)射是長征五號B火箭的首飛,其中采用的四個黑科技引人矚目。

黑科技一:超級整流罩

長征五號B火箭擁有目前我國最長最大的整流罩,整流罩長度達到20.5米、直徑5.2米,可以輕松的將10枚捷龍火箭裝入其中。如此寬敞的空間,也是為了發(fā)射空間站核心艙和實驗艙而量身打造的。

在發(fā)射過程中,整流罩用于保護衛(wèi)星或其他有效載荷免受氣動力、氣動加熱及聲振等有害環(huán)境的影響。

據(jù)長征五號B運載火箭總設(shè)計師李東介紹,長征五號B火箭整流罩采用流線型的馮·卡門曲線外形,可以更好地減小空氣阻力,減輕載荷影響。馮·卡門曲線是一種非線性曲線,按照馮·卡門曲線制造的整流罩展開之后并不是一個平面,而是立體的,制造難度高于錐形整流罩。

作為我國長度最長、重量最重的整流罩,另一個技術(shù)難點在于如何做到安全可靠的分離。李東說,經(jīng)過多方案比較,最終確定了采用旋轉(zhuǎn)式分離方案,通過大量的仿真分析、預(yù)示,對整流罩分離方案進行評估,并多次開展了整流罩分離試驗,有效驗證了設(shè)計正確性和各系統(tǒng)接口協(xié)調(diào)性。

黑科技二:零窗口發(fā)射

火箭發(fā)射窗口是指允許火箭發(fā)射的時間范圍,一般是根據(jù)衛(wèi)星或飛船入軌要求以及多種限制條件綜合權(quán)衡后確定的。比如,衛(wèi)星的軌道精度要求、地球與行星的相對位置要求等等。

作為未來發(fā)射空間站核心艙和實驗艙的火箭,空間交會對接任務(wù)對長征五號B火箭提出了“零窗口”發(fā)射的需求,發(fā)射時間精度誤差要控制在1秒以內(nèi)。

李東說,雖然不是第一型實施“零窗口”發(fā)射的火箭,但作為采用液氫、液氧等低溫推進劑的“冰箭”,長征五號B火箭的“零窗口”發(fā)射有著更高的技術(shù)含量和更大的技術(shù)難度,也開創(chuàng)了新一代運載火箭“零窗口”發(fā)射的先河。

黑科技三:“以柔克剛”

空間站艙段和長征五號B火箭的連接接口直徑超過4米,“乘客”和火箭的分離不是“下車”那么簡單,需要考慮可靠性、沖擊環(huán)境等多個方面的因素,既要確保安全分離,又要盡量將分離過程中出現(xiàn)的沖擊環(huán)境等不利影響降到最低。

形象一點說,要像把嬰兒抱出嬰兒車那般輕柔、謹(jǐn)慎完成空間站艙段與火箭的分離。

據(jù)李東介紹,中國航天科技集團一院長征五號B火箭研制團隊圍繞降低和改善沖擊環(huán)境開展了專題攻關(guān)。經(jīng)過試驗驗證,艙箭分離界面的分離得到有效改善,空間站艙段可以在“下車”過程中感受到火箭的“溫柔”。

黑科技四:“一步登天”

作為一級半構(gòu)型的火箭,長征五號B火箭沒有單獨的調(diào)姿和末速修正系統(tǒng),而是利用一級火箭直接將有效載荷送入預(yù)定軌道——可謂是“一步登天”。

李東說,為了確保飛船入軌的精準(zhǔn)、安全,火箭在一級飛行段需要面對入軌精度、分離安全等方面的更高要求和更大挑戰(zhàn)。面臨新的難題和挑戰(zhàn),中國航天科技集團一院研制團隊從入軌姿態(tài)控制、入軌精度控制、分離安全控制三個方面開展了攻關(guān)工作。

據(jù)他介紹,經(jīng)過仿真分析、系統(tǒng)綜合實驗、半實物仿真試驗等考核評估,大推力直接入軌精度控制和分離安全控制技術(shù)的有效性得到了驗證,長征五號B火箭成為第一型只靠一級飛行就能實現(xiàn)有效載荷精確入軌的火箭。

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