長征五號B運載火箭發射成功 內媒列四大「黑科技」

撰文:崔德興
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昨日(5日)下午,由中國航天科技集團有限公司第一研究院研製的長征五號B遙一運載火箭發射成功,成功將新一代載人飛船試驗船送入預定軌道。這也是長征五號B運載火箭的首次飛行任務。
長征五號B運載火箭是在長征五號運載火箭基礎上改進研製而成,為中國首個一級半構型火箭。全箭總長約53.66米,起飛質量約849噸,起飛推力約1078噸,近地軌道(LEO)運載能力不低於22噸。
內媒《澎湃新聞》列出其四大首創的航天「黑科技」,使之成為載人航天工程空間站建設的主力火箭。

5月5日下午6時,為中國載人空間站工程研製的長征五號B運載火箭,搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙,在中國文昌航天發射場點火昇空。(中新社)

黑科技一: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。長征五號B火箭擁有目前中國最長最大的整流罩,整流罩長度達到20.5米、直徑5.2米,可以輕鬆的將10枚捷龍火箭裝入其中(捷龍一號火箭總長19.5米,直徑1.2米)。如此寬敞的空間,也是為了發射空間站核心艙和實驗艙而量身打造的。

為改善氣動特性,長征五號B火箭整流罩採用流線型的曲線外形,可以更好地減小空氣阻力,減輕載荷影響。以此製造的整流罩展開之後並不是一個平面,而是立體的,製造難度高於錐形整流罩。

飛射約488秒後,載荷組合體與火箭成功分離,進入預定軌道,首飛任務取得圓滿成功。(中新社)

黑科技二:「零窗口」發射

火箭發射窗口是指允許火箭發射的時間範圍,一般是根據衛星或飛船入軌要求以及多種限制條件綜合權衡後確定的。「零窗口」是指發射時間範圍為零的發射窗口,也就是要求火箭必須分秒不差的點火升空。

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」發射的需求,發射時間精度誤差要控制在1秒以內。作為採用液氫、液氧等低溫推進劑的「冰箭」,長征五號B火箭的「零窗口」發射有著高的技術含量和更大的技術難度,也開創了新一代運載火箭「零窗口」發射的先河。

長征五號B運載火箭是中國首個一級半構型火箭,芯級直徑5米,捆綁4個3.35米直徑的助推器,整流罩直徑5.2米,全箭總長約53.66米,起飛質量約849噸,起飛推力約1078噸,近地軌道(LEO)運載能力不低於22噸。(中新社)

黑科技三: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,要將兩者成功分離並不容易,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。

長征五號B火箭研製團隊圍繞降低和改善衝擊環境,對多種降衝擊方案進行比較和試驗後,採用「雙隔衝框+阻尼盒」的降衝擊方案,並應用「顆粒阻尼技術」。「顆粒阻尼技術」是一種新型振動被動控制技術,通過顆粒體和阻尼器構成一個耦合、封閉的非線性系統,依靠摩擦和非彈性碰撞,迅速地耗散動能,實現減振降噪的效果。經過試驗驗證,艙箭分離界面的分離得到有效改善。

長征五號B運載火箭,搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙發射升空。圖為新一代載人飛船試驗船產品吊裝。(中新社)

黑科技四:大推力直接入軌

作為一級半構型的火箭,長征五號B火箭利用一級火箭直接將有效載荷送入預定軌道。

研究團隊通過採用姿態控制增益優化方法,提高火箭姿態控制精度;通過採用多方法聯合的複合製導方案,有效降低製導誤差對精度造成的影響,幫助火箭在分離時處於最佳「姿態」和最準位置。

同時,為提高艙箭分離後的安全裕度,增加了反推功能,確保艙箭分離後,火箭一級箭體可以避開空間站艙段的軌道面。經過仿真分析、系統綜合實驗、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有效載荷精確入軌的火箭。

(澎湃新聞)

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