【今日消息-空間站艙段專屬“座駕”有多強(qiáng)？】
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙作為中國(guó)空間站的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，將與天和核心艙交會(huì)對(duì)接并完成轉(zhuǎn)位，中國(guó)空間站將形成三艙“T”字基本構(gòu)型。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射在即，我們一起探秘夢(mèng)天！讓我們一起了解托舉夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的專屬“座駕”——長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭。
2022年10月25日，搭載著空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的長(zhǎng)征五號(hào)B遙四運(yùn)載火箭穩(wěn)穩(wěn)轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。兩年前，“長(zhǎng)五B”以完美首飛驚艷蒼穹，迎來(lái)載人航天工程“第三步”發(fā)展戰(zhàn)略任務(wù)實(shí)施的“開(kāi)門(mén)紅”，拉開(kāi)了空間站階段飛行任務(wù)的序幕，而后相繼送“天和”“問(wèn)天”順利入軌。對(duì)于如何成為參與空間站建設(shè)的骨干力量，“長(zhǎng)五B”已給出最優(yōu)解答......
歷經(jīng)十載磨一“箭”
一朝騰飛天下聞
長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭是按照空間站工程任務(wù)要求，為滿足空間站艙段發(fā)射任務(wù)而研制的一型大型液體運(yùn)載火箭。從立項(xiàng)到首飛，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭經(jīng)歷了近十年的研制歷程。
2011年11月
長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭正式批復(fù)立項(xiàng)，承擔(dān)發(fā)射空間站艙段的任務(wù)，運(yùn)載火箭命名為長(zhǎng)征五號(hào)B，代號(hào)CZ－5B
2012年1月
長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭方案通過(guò)評(píng)審，轉(zhuǎn)入初樣研制階段
2018年11月
長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭轉(zhuǎn)入試樣研制階段
2020年1月
長(zhǎng)征五號(hào)B遙一運(yùn)載火箭通過(guò)出廠評(píng)審，首飛任務(wù)載荷為新一代載人飛船試驗(yàn)船及柔性充氣式貨物返回艙試驗(yàn)艙
2020年5月
長(zhǎng)征五號(hào)B遙一運(yùn)載火箭在文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，搭載首飛載荷順利進(jìn)入預(yù)定軌道，首飛任務(wù)取得圓滿成功，實(shí)現(xiàn)空間站階段飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷
十年磨一“箭”，一朝天下聞。作為專為載人航天工程空間站建設(shè)而研制的一型新型運(yùn)載火箭，“長(zhǎng)五B”的運(yùn)載能力是我國(guó)現(xiàn)役火箭中最大的，近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到25噸，唯它能托舉起重達(dá)20噸以上的空間站艙段發(fā)射入軌。“長(zhǎng)五B”的首飛成功標(biāo)志著我國(guó)運(yùn)載火箭近地軌道運(yùn)載能力躋身國(guó)際前列，為我國(guó)空間站工程后續(xù)任務(wù)的順利實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
多項(xiàng)“黑科技”
打造艙段專屬“座駕”
長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭開(kāi)展了多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)和創(chuàng)新，多項(xiàng)首創(chuàng)“黑科技”為空間站艙段打造“專屬座駕”。
01
超大整流罩，不止于大
長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭擁有目前我國(guó)最長(zhǎng)最大的整流罩，整流罩長(zhǎng)度達(dá)到20.5米、直徑5.2米，容積超過(guò)345立方米。如此寬敞的空間，也是為發(fā)射空間站艙段而量身打造的。此外，為了改善氣動(dòng)特性，火箭整流罩采用流線型的馮·卡門(mén)曲線外形，可以更好地減小空氣阻力，減輕載荷影響；同時(shí)整流罩分離采用了旋轉(zhuǎn)式分離方案，確保超大整流罩安全可靠地分離。
02
“零窗口”發(fā)射，分秒無(wú)誤
空間站交會(huì)對(duì)接任務(wù)對(duì)長(zhǎng)征五號(hào)B火箭提出了“零窗口”發(fā)射的需求，發(fā)射時(shí)間精度誤差要控制在1秒以內(nèi)，這就要求火箭各系統(tǒng)在點(diǎn)火前提前做好準(zhǔn)備，等待點(diǎn)火。作為采用液氫、液氧等低溫推進(jìn)劑的“冰箭”，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭的“零窗口”發(fā)射需要綜合權(quán)衡發(fā)射準(zhǔn)備的“提前量”和低溫推進(jìn)劑“蒸發(fā)”的“消耗量”間的關(guān)系。為此，研制人員通過(guò)可靠性分析和試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵系統(tǒng)可靠性提升，通過(guò)射前流程優(yōu)化提高了各系統(tǒng)對(duì)“零窗口”發(fā)射的適應(yīng)性，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)低溫運(yùn)載火箭“零窗口”發(fā)射的先河。
03
大直徑艙箭分離，以“柔”克剛
空間站艙段和長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭的連接接口直徑超過(guò)4米，艙箭分離需要考慮可靠性、沖擊環(huán)境等多個(gè)方面的因素，既要確保安全分離，又要盡量將分離過(guò)程中出現(xiàn)的沖擊環(huán)境等不利影響降到最低。因而火箭采用了“雙隔沖框＋阻尼盒”的降沖擊方案，并應(yīng)用了“顆粒阻尼技術(shù)”。“顆粒阻尼技術(shù)”是一種新型振動(dòng)被動(dòng)控制技術(shù)，通過(guò)顆粒體和阻尼器構(gòu)成一個(gè)耦合、封閉的非線性系統(tǒng)，依靠摩擦和非彈性碰撞，迅速地耗散動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)減振降噪的效果，使空間站艙段可以在“下車”過(guò)程中感受到火箭的“溫柔”。
04
大推力直接入軌，一步到位
長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭采用一級(jí)半構(gòu)型，由芯一級(jí)+助推器+艙罩組合體組成，因此沒(méi)有單獨(dú)的調(diào)姿和末速修正系統(tǒng)，而是利用一級(jí)火箭直接將有效載荷送入預(yù)定軌道。在一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，約140噸的推力在幾秒鐘之內(nèi)消失，相當(dāng)于一輛高速行駛的火車突然“剎車”，還要穩(wěn)穩(wěn)?？吭谥付ㄎ恢?。研制人員通過(guò)采用姿態(tài)控制增益優(yōu)化和復(fù)合制導(dǎo)方法，提高了火箭姿態(tài)控制精度，降低了制導(dǎo)誤差對(duì)精度的影響，使火箭在分離時(shí)處于最佳“姿態(tài)”和最準(zhǔn)位置。同時(shí)，增加了2枚反推火箭，使火箭一級(jí)箭體可以及時(shí)避開(kāi)空間站艙段的軌道面，提高了艙箭分離的安全裕度。
長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭不僅安全可靠、能力強(qiáng)，還可以為不同的“乘客”定制不同的“客艙”，這種定制化設(shè)計(jì)讓火箭可以更好地與航天器適配，使航天器能在有限的空間中安裝更多的載荷來(lái)實(shí)現(xiàn)最大能力。此次發(fā)射的長(zhǎng)征五號(hào)B遙四運(yùn)載火箭根據(jù)夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的形狀、重量進(jìn)行了定制化設(shè)計(jì)。為了滿足夢(mèng)天艙和火箭在發(fā)射區(qū)的工作需求，專門(mén)在火箭整流罩上設(shè)計(jì)了操作口的開(kāi)口；為了滿足夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙上升段無(wú)線通信的需求，在火箭整流罩上也專門(mén)定制化設(shè)計(jì)了整流罩相應(yīng)的透波口；在軌道方面也對(duì)滿足夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙入軌的需求進(jìn)行了軌道的設(shè)計(jì)，以及入軌精度的詳細(xì)評(píng)估。
十里銀灘
巨箭聳立
靜待夢(mèng)天
叩問(wèn)寰宇
素材來(lái)源/中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
供圖/宿東 李明 楊卓
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