5日18时,长征五号B火箭,首飞任务取得圆满成功。这意味着我国载人航天空间站建设将进入实质阶段,参与我国载人航天工程建设的长征火箭“三勇士”,至此全部亮相。
长征五号B火箭是我国首个一级半构型火箭。这种结构的火箭强在哪里?中国运载火箭技术研究院专家介绍,作为一级半构型火箭,长征五号B火箭系统简单,安全可靠,可以实现一气呵成,精确入轨。
专家介绍,目前世界各国采用较多的是多级火箭。长征五号B火箭一级半直接入轨,减少了分离次数,有效提升了可靠性。减少了级数后,技术人员还要攻克两个难题。第一是“上得去”,火箭推力要足够大。第二是要确保“送得准”,也就是入轨要精准。为了当好运送空间站舱段的“专属列车”,长征五号B火箭有许多首创的航天科技亮点。
亮点1
超大整流罩——不止于大
整流罩是运载火箭的重要组成部分,用于保护卫星或其他有效载荷免受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响。长征五号B火箭拥有目前我国最长最大的整流罩,整流罩长度达到20.5米、直径5.2米,相当于六层楼的高度,如此宽敞的空间,也是为了发射空间站核心舱和实验舱而量身打造的。
为了改善气动特性,长征五号B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。
亮点2
验证“零窗口”发射——获取新技能
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。这就要求火箭各系统在点火前提前做好准备。由于低温推进剂加注后会不停地“蒸发”消耗,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表示,研制团队从发射可靠性提升和发射流程优化两个方面开展了科技攻关,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。
亮点3
大直径舱箭分离——以“柔”克刚
空间站舱段和长征五号B火箭的连接接口直径超过4米,“乘客”和火箭的分离不是“下车”那么简单,需要考虑可靠性、冲击环境等多个方面的因素,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,要像把婴儿抱出婴儿车那般轻柔、谨慎地完成空间站舱段与火箭的分离。
为此,长征五号B火箭研制团队围绕降低和改善冲击环境开展了专题攻关,对多种降冲击方案进行比较和试验后,采用了“隔冲框+阻尼盒”的降冲击方案,并应用了“颗粒阻尼技术”,迅速地耗散动能,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。
亮点4
大推力直接入轨——“一步登天”
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。
面临新的难题和挑战。研制团队从入轨姿态控制、入轨精度控制、分离安全控制三个方面开展了攻关,帮助火箭在分离时处于最佳“姿态”和最准位置。同时,为提高舱箭分离后的安全裕度,增加了2枚离轨火箭,确保舱箭分离后,火箭一级箭体可以避开空间站舱段的轨道面。
张 航 姜 哲 贾智云
