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4月29日，由航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國運載火箭技術(shù)研究院抓總研制的長征五號B遙二運載火箭(下稱“長五B”)在海南文昌發(fā)射場點火升空，將天和核心艙送入預(yù)定軌道，這是長五B運載火箭首次執(zhí)行應(yīng)用性發(fā)射任務(wù)。此次發(fā)射空間站天和核心艙，身為“專屬座駕”的長五B火箭有五大“黑科技”值得關(guān)注。

黑科技之一：一級半直接入軌

長五B不僅運載能力出色，而且還是目前世界上唯一可以直接入軌的火箭。

一般而言，發(fā)射低軌任務(wù)都需要兩級半火箭接力工作，一級扔掉之后，二級再接力工作才能把它送到軌道上去。然而，長五B運載火箭通過采用全新構(gòu)型設(shè)計，實現(xiàn)了一級半就能直接進(jìn)入預(yù)定軌道的世界航天難題。

“很大程度上取決于氫氧發(fā)動機(jī)和液氧煤油發(fā)動機(jī)的組合，特別是中間的氫氧可以長時間小推力地工作，才實現(xiàn)了一級半就能直接入軌。”長征五號火箭總設(shè)計師李東介紹。

用一級半的火箭完成過去兩級半火箭才能完成的任務(wù)，無疑是技術(shù)上的一個巨大進(jìn)步。

黑科技之二：最大整流罩

“天和核心艙在火箭最頂端的整流罩里邊，火箭飛行過程中將承受非常惡劣的熱學(xué)環(huán)境、力學(xué)環(huán)境和噪聲環(huán)境。”長五B總體主任設(shè)計師黃兵解釋道，“因此，核心艙就需要依靠整流罩的保護(hù)。”

據(jù)了解，長五B運載火箭的整流罩部分是中國迄今為止研制的最大尺寸整流罩，直徑超過5米、高度超過20米，相當(dāng)于六七層樓的高度，規(guī)模較基本型增大了近1倍，可以對核心艙、實驗艙以及光學(xué)艙提供周全的保護(hù)。

整流罩的規(guī)模增大后，為了保證運載效率，結(jié)構(gòu)的剛度會隨之減少，而剛度是影響分離能源設(shè)計、分離包絡(luò)設(shè)計的關(guān)鍵要素，如何準(zhǔn)確模擬飛行及分離過程中整流罩的剛度特性，確保安全、可靠分離是研制過程中所面臨的技術(shù)難題。

為此，在技術(shù)攻關(guān)過程中，團(tuán)隊基于顯式動力學(xué)方法進(jìn)行了仿真分析，首次計算出分離過程中的能量占比關(guān)系，并通過三次大型整流罩地面分離試驗對方案進(jìn)行驗證，為分離系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供了基礎(chǔ)。

黑科技之三：“零窗口”發(fā)射

為了滿足空間站交會對接的要求，長五B運載火箭需要做到“零窗口”發(fā)射，將發(fā)射時間誤差控制在1秒以內(nèi)。“零窗口”發(fā)射，要求火箭各系統(tǒng)在點火前提前做好準(zhǔn)備，以“隨時出發(fā)”的狀態(tài)等待點火。

“這項看似并不復(fù)雜的技術(shù)，實際上需要從火箭可靠性提升、大系統(tǒng)之間發(fā)射流程優(yōu)化兩方面開展大量研究。”長五B運載火箭結(jié)構(gòu)總體設(shè)計師馮韶偉說。

作為中國首個實施“零窗口”發(fā)射的低溫火箭，長五B運載火箭需要綜合、權(quán)衡好“提前量”和低溫推進(jìn)劑“蒸發(fā)”的“消耗量”的關(guān)系。

“通過可靠性分析和試驗，實現(xiàn)了關(guān)鍵系統(tǒng)可靠性提升;通過射前流程優(yōu)化，提高了各系統(tǒng)對‘零窗口’發(fā)射的適應(yīng)性。”李東介紹說。

黑科技之四：大直徑艙箭分離

作為空間站主要艙段的專用座駕，艙箭分離技術(shù)也是長五B的一大亮點。此次發(fā)射任務(wù)中，艙箭連接的直徑為4100mm，也是中國長征系列運載火箭中所發(fā)射載荷規(guī)模最大的一次。整個核心艙長度近17m，重量達(dá)22.5t量級。

有效載荷的規(guī)模增大后，傳統(tǒng)的包帶、低沖分離裝置均無法滿足需求。

要使重達(dá)20多噸的空間站艙段安全順利 “到站下車”絕非易事，長五B創(chuàng)新采用更具可靠性的降沖擊方案，并采取了一系列減振降噪技術(shù)，實現(xiàn)減振降噪的效果，既確保了安全分離，又將 “下車”過程中可能出現(xiàn)的碰撞風(fēng)險降到了最低。

針對分離面不再是對接面的特殊星箭接口，設(shè)計團(tuán)隊在機(jī)械接口設(shè)計過程中精益求精，通過星箭聯(lián)合操作精細(xì)化設(shè)計，規(guī)避了行程開關(guān)失效風(fēng)險，最大程度確保發(fā)射任務(wù)成功。在此次對接過程中，所有項目均為一次通過。

黑科技之五：大推力入軌控制

作為一級半構(gòu)型的火箭，長五B火箭沒有單獨的調(diào)姿和末速修正系統(tǒng)，而是利用一級火箭直接將有效載荷送入預(yù)定軌道。在一級發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)時，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)停靠在指定位置。為了滿足入軌精度、分離安全等方面的更高要求，研制團(tuán)隊開展了入軌姿態(tài)控制、入軌精度控制、分離安全控制等方面的技術(shù)攻關(guān)。

“研制團(tuán)隊采用姿態(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)誤差對精度的影響，使火箭在分離時處于最佳‘姿態(tài)’和最準(zhǔn)位置。”李東說，團(tuán)隊還設(shè)置了2枚離軌火箭，使火箭一級箭體可以及時避開空間站艙段的軌道面，提高艙箭分離的安全程度。

后續(xù)，中國還會發(fā)射天舟貨運飛船和載人飛船。在建設(shè)空間站的目標(biāo)中，發(fā)射核心艙的任務(wù)是實現(xiàn)該戰(zhàn)略目標(biāo)的起點，也是后續(xù)一切任務(wù)的源頭。