长征五号B运载火箭首飞成功!四大“黑科技”助阵,厉害了我的国

随着海南文昌航天发射场的一道烈焰划过天际,由中国航天科技集团有限公司第一研究院抓总研制的长征五号B遥一运载火箭发射成功,将新一代载人飞船试验船送入预定轨道。这是长征系列运载火箭的第331次飞行。

长征五号B以长征五号运载火箭为基础改进研制而成,主要承担着我国空间站舱段等重大航天发射任务。长征五号B全长约53.7米,芯一级直径5米,捆绑4个直径3.35米助推器,整流罩长20.5米、直径5.2米,采用无毒无污染的液氧、液氢和煤油作为推进剂,起飞质量约849吨,近地轨道运载能力大于22吨,是目前我国近地轨道运载能力最大的火箭。

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长征五号B运载火箭

作为载人航天工程空间站建设的主力火箭,长征五号B运载火箭代表了我国运载火箭技术的最高水平,在充分继承长征五号火箭优秀“基因”的基础上,长征五号B火箭身上还有许多首创的航天“黑科技”,使它成为长征火箭家族中无可替代的“团宠”。

四大“黑科技”

黑科技一:超大整流罩

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,可以轻松的将10枚捷龙火箭装入其中(捷龙一号火箭总长19.5米,直径1.2米)。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。

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长征五号B运载火箭

为改善气动特性,长征五号B火箭整流罩采用流线型的冯卡门曲线外形,按照冯卡门曲线制造的整流罩展开之后并不是一个平面,而是立体的,制造难度高于锥形整流罩。另一个技术难点在于如何做到安全可靠的分离。经过多方案比较,最终确定了采用旋转式分离方案。

黑科技二:“零窗口”发射

火箭发射窗口是指允许火箭发射的时间范围,一般是根据卫星或飞船入轨要求以及多种限制条件综合权衡后确定的。“零窗口”是指发射时间范围为零的发射窗口,也就是要求火箭必须分秒不差的点火升空,在发射天宫一号及北斗导航卫星时都曾经实施过“零窗口”发射。

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长征五号B运载火箭

虽然不是第一型实施“零窗口”发射的火箭,但作为采用液氢、液氧等低温推进剂的“冰箭”,长征五号B火箭的“零窗口”发射有着更高的技术含量和更大的技术难度,也开创了新一代运载火箭“零窗口”发射的先河。

黑科技三: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,“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,形象一点说,要像把婴儿抱出婴儿车那般轻柔、谨慎完成空间站舱段与火箭的分离。

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长征五号B运载火箭

对多种降冲击方案进行比较和试验后,采用了“双隔冲框+阻尼盒”的降冲击方案,并应用了“颗粒阻尼技术”。“颗粒阻尼技术”是一种新型振动被动控制技术,通过颗粒体和阻尼器构成一个耦合、封闭的非线性系统,依靠摩擦和非弹性碰撞,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,空间站舱段可以在“下车”过程中感受到火箭的“温柔”。

黑科技四:大推力直接入轨

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。火箭在一级飞行段需要面对入轨精度、分离安全等方面的更高要求和更大挑战。

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长征五号B运载火箭

通过采用姿态控制增益优化方法,提高了火箭姿态控制精度;通过采用多方法联合的复合制导方案,有效降低了制导误差对精度造成的影响,帮助火箭在分离时处于最佳“姿态”和最准位置。同时,为了提高舱箭分离后的安全裕度,增加了反推功能,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。

太提气了!

长征五号B首飞成功,验证了火箭总体方案、各分系统方案的正确性、协调性,突破了大尺寸整流罩分离技术、大直径舱箭连接分离技术、大推力直接入轨偏差精确控制技术等一批新技术,为我国空间站在轨建造任务奠定了重要基础。

长征五号B运载火箭首飞成功!四大“黑科技”助阵,厉害了我的国

长征五号B运载火箭

这次任务正值新冠肺炎疫情肆虐蔓延之际,封闭式管理、远程化会诊、全系统协同等方式,精简人员规模、优化测试流程、严格疫情防控的同时完成成功发射。

长征五号B运载火箭首飞成功!四大“黑科技”助阵,厉害了我的国

长征五号B运载火箭

相较于神舟飞船,新一代载人飞船试验船性能更加先进,可兼顾近地轨道和深空探测任务。更重要的是,新飞船具备大容量、多用途、可重复使用的“超级特性”。新飞船的外观和结构更简洁,从“神舟”由返回舱、服务舱和轨道舱的三舱结构,改为倒锥形大直径返回舱加服务舱的两舱结构,其搭载能力也从“神舟”最多3人提升至6-7人。

长征五号B运载火箭首飞成功!四大“黑科技”助阵,厉害了我的国

长征五号B运载火箭

长征五号B火箭是目前长征五号系列运载火箭家族两大成员之一,是在长征五号运载火箭基础上改进研制的新型运载火箭,主要用于空间站舱段等近地轨道大型航天器发射任务。此次发射任务是长征五号系列运载火箭复飞成功后的首秀,也是长征五号B火箭第一次发射,将进一步考验其性能。

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长征五号B运载火箭

根据计划,2020年,长征五号系列运载火箭将执行多次任务,除此之外,长征五号还将发射火星探测器和嫦娥五号月球探测器,这些都是中国航天本年度的重头戏。据悉,我国新一代载人飞船试验船直径4.5米,长度近9米,重量超过20吨。与此同时,新飞船还拥有“载人+载物”的强大本领,并且可重复使用,从而降低了飞船的使用成本和载人航天的运营成本。

经过20多年独立自主发展和接续奋斗,已先后组织实施16次重大飞行任务,实现11名航天员共14人次太空飞行和安全返回,圆满完成第一步、第二步全部既定任务。

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