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科技報導

中國長五B火箭為何“變矮變胖” 揭秘其四大黑科技



中國航天“新船”搭“新箭”首發​​成功!據中國載人航天工程辦公室消息,2020年5月5日,為我國載人空間站工程研製的長征五號B運載火箭,搭載著新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙,在文昌航天發射場順利點火升空,首飛任務取得圓滿成功。

這是中國乃至亞洲火箭首次發射超過“兩萬公斤”級航天器,同時也拉開中國載人航天“第三步”任務的序幕。

邁入世界第一梯隊

中國載人航天工程辦公室主任助理季啟明在發射成功後的新聞發布會上介紹稱,長征五號B遙一火箭已將載荷組合體準確送入預定軌道,它搭載的新一代載人飛船試驗船是面向中國空間站運營及未來載人探月需求而研發的新一代天地往返運輸器,本次任務將對飛船高速再入返回的防熱、控制、群傘回收及部分重複使用等關鍵技術進行驗證。同時升空的還有柔性充氣式貨物返回艙試驗艙,這是中國新型空間運輸飛行器的試驗器,本次任務將對充氣展開式返回飛行器軌道再入關鍵技術進行驗證。按照飛行程序,試驗艙和試驗船完成在軌試驗後,計劃分別於5月6日和8日返回東風著陸場。

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《環球時報》記者從航天科技集團第一研究院(以下簡稱“一院”)了解到,長征五號B以長征五號運載火箭為基礎改進研製而成,主要承擔我國空間站艙段等重大航天發射任務。一院專家介紹稱,長征五號與長征五號B運載火箭同屬長征五號火箭系列,但它們在設計、用途等方面存在很多不同。

從外形上看,長征五號B火箭略微“矮胖”。 “矮”是因為它採用一級半構型(芯一級+助推器+整流罩),“身高”近54米,比兩級半構型(芯一級+助推器+芯二級+整流罩)的長征五號矮了約3米。 “胖”則體現在整流罩上。長征五號B的整流罩長度達20.5米,是我國目前最大的火箭整流罩,相比之下,長征五號的整流罩長約12.3米。之所以有這樣的不同,是因為長征五號B主要用於發射近地軌道的大型衛星及飛船,例如載人空間站的核心艙和實驗艙等,需要有足夠大的載荷空間和強勁的近地軌道運載能力。據《環球時報》記者了解,它的近地軌道運載能力大於22噸,是目前中國近地軌道運載能力最大的火箭。長征五號B的首飛成功,使中國大型運載火箭的技術水平進入世界第一梯隊,與俄羅斯“質子-M”、美國“獵鷹-9”“德爾塔IV”、歐洲“阿麗亞娜-5”等火箭的運載能力相當。同時,它也是我國新一代運載火箭系列化發展的代表,將為後續重型運載火箭的研製提供重要技術積累。

中國載人航天開始“第三步”

季啟明表示,長征五號B運載火箭成功首飛迎來載人航天工程“第三步”發展戰略任務的“開門紅”,拉開空間站在軌建造階段飛行任務的序幕。按計劃,中國空間站將於2022年前後完成建造。下一步將先後發射天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙,進行空間站基本構型的在軌組裝建造,承擔發射任務的正是長征五號B火箭。期間還規劃發射4艘神舟載人飛船和4艘天舟貨運飛船,進行航天員乘組輪換和貨物補給。其中長征七號運載火箭負責發射天舟貨運飛船,以100%發射成功率實現13次完美飛行的長征二號F火箭主要負責將航天員送入空間站。

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目前,中國空間站核心艙已完成正樣產品總裝,問天實驗艙和夢天實驗艙正在開展初樣研製;空間科學應用載荷已陸續轉入正樣研製,執行空間站建造階段四次飛行任務的航天員乘組已經選定,正在開展任務訓練。此外,中國第三批預備航天員選拔工作也將於今年7月前後完成。

據《環球時報》記者了解,中國載人航天工程的“三步走”發展戰略包括:第一步,發射載人飛船,建成初步配套的試驗性載人飛船工程,開展空間應用實驗;第二步,突破航天員出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術,發射空間實驗室,解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題;第三步,建造空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。

長征五號火箭總設計師李東表示,長征五號B火箭研製期間,突破了低溫火箭“零窗口”發射技術、大直徑艙箭分離技術、大推力直接入軌技術等一系列關鍵技術,其中多項是為滿足空間站艙段需要所獨有的技術。

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據介紹,長征五號B火箭為此採用四大“黑科技”。一是超大整流罩。整流罩是運載火箭的重要組成部分,用於保護衛星或其他有效載荷免受氣動力、氣動加熱及聲振等有害環境的影響。二是“零窗口”發射。作為未來發射空間站核心艙和實驗艙的火箭,空間交會對接任務對長征五號B火箭提出“零窗口”發射需求,發射時間精度誤差要控制在1秒以內。三是大直徑艙箭分離。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”那麼簡單,需要考慮可靠性、衝擊環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的衝擊環境等不利影響降到最低。四是大推力直接入軌。作為一級半構型的火箭,長征五號B沒有單獨的調姿和末速修正系統,而是利用一級火箭直接將有效載荷送入預定軌道。長征五號B藉此成為中國第一型只靠助推器及一級飛行就能實現有效載荷精確入軌的火箭。

回應今年兩次航天發射失利

不可否認的是,近期中國火箭遭遇連續失利讓所有關心中國航天發展的人都捏了一把汗。這次長征五號B首飛任務的成功實施打了個翻身仗。在5日的新聞發布會上,季啟明坦率回應了今年兩次航天發射失利的情況。他介紹稱,3月16日和4月9日,中國航天發射連續兩次失利,這也再次顯示航天事業的高風險,中國航天的“長征”永遠在路上。一個多月以來,型號隊伍和航天專家同舟共濟、夜以繼日、集中會戰,深入開展問題复盤、原因分析、試驗驗證等歸零工作,目前兩次失利的故障定位和機理已基本明確。與此同時,有關部門在航天全線組織開展了全面質量整頓和復核複查,對原定近期執行的火箭發射計劃進行了適度的調整。據季啟明介紹,作為系統最複雜、安全要求最高的一項航天工程,載人航天始終堅持質量第一、安全至上。在前期開展的大量質量安全與可靠性工作基礎上,針對近期出現的兩次發射失利,長征五號B運載火箭和任務相關係統迅即開展了故障剝離和舉一反三,進行技術狀態和產品質量的再复查再复核再確認,全面排查風險和薄弱環節,進一步完善方案預案,努力使失利的教訓變成寶貴的財富。此次發射成功,不僅實現了空間站階段任務的首戰告捷,也為中國航天打了個翻身仗,為後續任務增加了更大信心。

按計劃,長征五號系列火箭今年共將執行三次發射任務。長征五號B首飛後,長征五號將發射中國首個火星探測器,此後還計劃將嫦娥五號探測器送上月球,實現對月球表面的採樣返回。