長五B火箭:擔綱空間站艙段“專屬列車” 我有“獨門絕技”

        科技日報 2021-04-30 10:15:06

        4月29日11時23分,搭載空間站天和核心艙的長征五號B遙二運載火箭,在我國文昌航天發射場升空,任務圓滿成功。

        長征五號B運載火箭是專門為我國載人航天工程空間站建設而研制的一型新型運載火箭,于2020年5月5日成功首飛。長征五號B遙二火箭發射空間站核心艙,是長征五號B運載火箭的首次應用性發射。這也是長征系列運載火箭的第367次飛行。

        “此次任務是將天和核心艙送入預定軌道,火箭在應急軌道設計、可靠性增長研究項目應用方面采取了47項改進措施,提升了火箭執行空間站工程任務的可靠性。”長征五號B火箭系統總指揮王玨在空間站天和核心艙飛行任務新聞發布會上表示,“本次任務既是空間站建設工程的開局之戰,也是空間站建設和關鍵技術驗證階段的奠基之戰,直接關系到后續的貨運飛船以及載人飛船發射任務能否按計劃實施;此次任務也是開展空間站建造的關鍵之戰,意義重大,影響深遠。”

        核心艙發射任務非它莫屬

        長征五號B運載火箭擁有長度達到20.5米的國內最大整流罩,近地軌道運載能力達到25噸級,是我國目前近地軌道運載能力最大的新一代運載火箭。

        載人空間站艙段是我國迄今為止重量最大的載荷,質量重達20幾噸。發射載人空間站艙段,只有長征五號B運載火箭能夠勝任。

        為了滿足空間站任務要求,研制團隊開展了一系列技術攻關和創新,相繼攻克了超大整流罩研制、大直徑艙箭連接分離、大推力直接入軌偏差精確控制等核心技術,并在此基礎上進行了持續優化和改進。

        結合空間站艙段任務特點,長征五號B火箭事先規劃了應急軌道,這也是我國首次在非載人火箭上應用該項技術,以確保發射萬無一失。

        一級半直接入軌 自帶高可靠性“基因”

        為了當好運送空間站艙段的“專屬列車”,長征五號B運載火箭開展了多項技術攻關和創新,練就了一身“獨門絕技”。

        長征五號B運載火箭采用一級半構型,是目前世界在役火箭中唯一一級半直接入軌的火箭。火箭系統簡潔,所有發動機的點火都在地面完成,也無需進行級間分離、高空發動機啟動等動作,降低故障發生的概率,提升可靠性。

        要實現一級半入軌,對火箭的發動機是個不小的考驗。長征五號B運載火箭助推器配置液氧煤油發動機,一級火箭配置氫氧發動機,前者具有推力大的特點,讓火箭點火后獲得較大的加速度,后者具有高比沖的優勢,可以為火箭提供高效的速度增量。

        “氫氧和液氧煤油兩種發動機組合形成的基因,決定了能夠構造出一級半直接入軌的火箭,而且火箭的固有可靠性天生就高。”長征五號B運載火箭總體副主任設計師李平岐說。

        突破“零窗口”發射技術 為交會對接贏得±1分鐘

        由于后續實驗艙Ⅰ和實驗艙Ⅱ要與核心艙通過交會對接,在軌進行組裝,所以要求火箭“零窗口”發射。交會對接好比在太空“穿針引線”,失之毫厘可能差之千里,此時空間站艙段就要消耗燃料來變軌滿足對接要求,造成能力的損失。

        但長征五號B運載火箭是低溫火箭,面臨著低溫推進劑加注問題和復雜的發射前流程,實施“零窗口”發射相比常溫火箭難度大得多。

        李平岐說,為了解決這個問題,研制團隊對箭上控制系統迭代制導方案進行了優化改進,實現了起飛時間與預定時間的誤差不超過±1分鐘,火箭可以在飛行過程中修正偏差,將空間站軌道艙精準送入原定目標位置。

        這也就是說,只要在這個2分鐘里點火起飛,火箭到達的都是唯一的終點,從而為分秒必爭的交會對接任務爭取出寶貴的±1分鐘,助力空間站艙段在太空中實現順利“牽手”。(通訊員 桑 茜 記者 付毅飛 崔 爽)

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