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解码长征五号B运载火箭的四大“黑科技”

来源:中国新闻网2020-05-06 浏览量:0

5月5日晚,长征五号B运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空,顺利将新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱送入预定轨道,首飞任务取得圆满成功。

长征五号B运载火箭由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院抓总研制,是中国首个采用一级半构型的新一代大型液体运载火箭,专门为中国载人空间站工程研制。为了当好运送空间站舱段的“专属列车”,长征五号B运载火箭开展了多项技术攻关和创新,掌握了一批具有自主知识产权的核心技术。记者采访相关专家,解码长征五号B火箭的四大“黑科技”:——“黑科技”之一:超大整流罩研制长征五号B火箭整流罩直径5.2米,长度20.5米,相当于六层楼房的高度,是目前中国最大的整流罩,专门为装载空间站舱段量身打造。

▲ 长征五号B运载火箭点火瞬间(高一鸣 摄 中国航天科技集团供图)

为了改善气动特性,火箭整流罩采用流线型的冯·卡门曲线外形,可以更好地减小空气阻力,减轻载荷影响。同时整流罩分离采用了旋转式分离方案,确保超大整流罩可以安全、可靠地实现分离。——“黑科技”之二:“零窗口”发射为了满足空间站交会对接的要求,长征五号B火箭需要做到“零窗口”发射,将发射时间误差控制在1秒以内。作为中国首个实施“零窗口”发射的低温火箭,长征五号B火箭需要综合权衡好“提前量”和低温推进剂“蒸发”的“消耗量”的关系。长征五号B运载火箭总设计师李东介绍称,研制团队通过可靠性分析和试验,实现了关键系统可靠性提升;通过射前流程优化,提高了各系统对“零窗口”发射的适应性。

▲ 长征五号B运载火箭成功托举新一代载人飞船试验船(宿东 摄 中国航天科技集团供图)

——“黑科技”之三:大直径舱箭分离空间站舱段和长征五号B火箭的连接接口直径超过4米,舱箭分离需要考虑可靠性、冲击环境等多方面因素,既要确保安全分离,又要尽量将分离过程中出现的冲击环境等不利影响降到最低。为此,研制团队采用了“隔冲框+阻尼盒”的降冲击方案,并应用“颗粒阻尼技术”,实现减振降噪的效果。经过试验验证,舱箭分离界面的分离得到有效改善。——“黑科技”之四:大推力直接入轨作为一级半构型的火箭,长征五号B火箭没有单独的调姿和末速修正系统,而是利用一级火箭直接将有效载荷送入预定轨道。在一级发动机关机时,约140吨的推力在几秒钟之内消失,相当于一辆高速行驶的火车突然“刹车”,还要稳稳停靠在指定位置。

▲ 长征五号B运载火箭飞天轨迹(宿东 摄 中国航天科技集团供图)

李东表示,为了满足入轨精度、分离安全等方面的更高要求,研制团队开展了入轨姿态控制、入轨精度控制、分离安全控制等方面的技术攻关。通过采用姿态控制增益优化和复合制导方法,提高火箭姿态控制精度,降低制导误差对精度的影响,使火箭在分离时处于最佳“姿态”和最准位置。同时,增加了2枚离轨火箭,使火箭一级箭体可以及时避开空间站舱段的轨道面,提高了舱箭分离的安全裕度。

值得一提的是,长征五号B运载火箭与长征五号运载火箭同属于长征五号系列火箭“家族”,是目前中国运载能力最大的系列火箭。虽然外形上有些相似,但两型火箭在设计、用途等方面存在很多不同。

从构型上看,长征五号运载火箭采用两级半构型,长征五号B运载火箭采用一级半构型。从外观上看,长征五号B火箭的超大整流罩是其最突出特点,比长征五号整流罩长了近8米,是中国最大的火箭整流罩。从用途上看,长征五号运载火箭主要用于发射高轨道的大型卫星以及各类深空探测器,比如嫦娥五号月球探测器、火星探测器等;长征五号B运载火箭主要用于发射近地轨道的大型卫星及飞船,比如载人空间站的核心舱和实验舱等。从运载能力上看,长征五号火箭地球同步转移轨道(GT0)运载能力约为14吨,长征五号B火箭近地轨道(LEO)运载能力不小于22吨。

据长征五号B运载火箭总指挥王珏介绍,从立项到首飞,长征五号B火箭经历了近十年的研制历程。“作为专门为载人航天工程空间站建设而研制的一型新型运载火箭,长征五号B火箭的首飞成功,标志着空间站工程建设进入了实质阶段。”王珏说。

中国空间站在轨建造拉开序幕

共规划12次飞行任务

长征五号B运载火箭的成功首飞,标志着中国载人航天工程“第三步”发展战略任务实施迎来“开门红”,拉开了中国空间站在轨建造阶段飞行任务的序幕,为后续空间站核心舱、实验舱发射奠定了坚实基础。

中国载人航天工程办公室主任助理季启明表示,按计划,中国空间站将于2022年前后完成建造,一共规划12次飞行任务。此次任务后,中国将先后发射天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱,进行空间站基本构型的在轨组装建造。这期间,中国规划发射4艘神舟载人飞船和4艘天舟货运飞船,进行航天员乘组轮换和货物补给。

目前,中国空间站核心舱已完成正样产品总装,问天实验舱和梦天实验舱正在开展初样研制;空间科学应用载荷已陆续转入正样研制,执行空间站建造阶段四次飞行任务的航天员乘组已经选定,正在开展任务训练。此外,中国第三批预备航天员选拔工作也将于今年7月前后完成。









作者:郭超凯 姜哲

编辑:朱    彦

责编:黄昕鹏

主编:李亚军

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