解碼長征五號B火箭:四大“黑科技”打造空間站“專屬列車”

解碼長征五號B火箭:四大“黑科技”打造空間站“專屬列車”

2020年05月05日 19:05 來源:中國新聞網


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視頻:長征五號B運載火箭首飛成功 中國載人航天工程“第三步”拉開序幕來源:中國新聞網

  中新社北京5月5日電 (郭超凱 姜哲)5月5日18時,長征五號B運載火箭在中國文昌航天發射場點火升空,順利將新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙送入預定軌道,首飛任務取得圓滿成功。

  長征五號B運載火箭由中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研製,是中國首個採用一級半構型的新一代大型液體運載火箭,專門為中國載人空間站工程研製。

  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,掌握了一批具有自主知識產權的核心技術。記者採訪相關專家,解碼長征五號B火箭的四大“黑科技”:

  ——“黑科技”之一:超大整流罩研製


  長征五號B火箭整流罩直徑5.2米,長度20.5米,相當於六層樓房的高度,是目前中國最大的整流罩,專門為裝載空間站艙段量身打造。

  為了改善氣動特性,火箭整流罩採用流線型的馮·卡門曲線外形,可以更好地減小空氣阻力,減輕載荷影響。同時整流罩分離採用了旋轉式分離方案,確保超大整流罩可以安全、可靠地實現分離。

  ——“黑科技”之二:“零窗口”發射

  為了滿足空間站交會對接的要求,長征五號B火箭需要做到“零窗口”發射,將發射時間誤差控制在1秒以內。作為中國首個實施“零窗口”發射的低溫火箭,長征五號B火箭需要綜合權衡好“提前量”和低溫推進劑“蒸發”的“消耗量”的關係。

  長征五號B運載火箭總設計師李東介紹稱,研製團隊通過可靠性分析和試驗,實現了關鍵系統可靠性提升;通過射前流程優化,提高了各系統對“零窗口”發射的適應性。

  ——“黑科技”之三: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,艙箭分離需要考慮可靠性、衝擊環境等多方面因素,既要確保安全分離,又要儘量將分離過程中出現的衝擊環境等不利影響降到最低。

  為此,研製團隊採用了“隔衝框+阻尼盒”的降衝擊方案,並應用“顆粒阻尼技術”,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。

  ——“黑科技”之四:大推力直接入軌

  作為一級半構型的火箭,長征五號B火箭沒有單獨的調姿和末速修正系統,而是利用一級火箭直接將有效載荷送入預定軌道。在一級發動機關機時,約140噸的推力在幾秒鐘之內消失,相當於一輛高速行駛的火車突然“剎車”,還要穩穩停靠在指定位置。

  李東表示,為了滿足入軌精度、分離安全等方面的更高要求,研製團隊開展了入軌姿態控制、入軌精度控制、分離安全控制等方面的技術攻關。通過採用姿態控制增益優化和複合制導方法,提高火箭姿態控制精度,降低制導誤差對精度的影響,使火箭在分離時處於最佳“姿態”和最準位置。同時,增加了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,提高了艙箭分離的安全裕度。

  值得一提的是,長征五號B運載火箭與長征五號運載火箭同屬於長征五號系列火箭“家族”,是目前中國運載能力最大的系列火箭。雖然外形上有些相似,但兩型火箭在設計、用途等方面存在很多不同。

  從構型上看,長征五號運載火箭採用兩級半構型,長征五號B運載火箭採用一級半構型。從外觀上看,長征五號B火箭的超大整流罩是其最突出特點,比長征五號整流罩長了近8米,是中國最大的火箭整流罩。從用途上看,長征五號運載火箭主要用於發射高軌道的大型衛星以及各類深空探測器,比如嫦娥五號月球探測器、火星探測器等;長征五號B運載火箭主要用於發射近地軌道的大型衛星及飛船,比如載人空間站的核心艙和實驗艙等。從運載能力上看,長征五號火箭地球同步轉移軌道(GT0)運載能力約為14噸,長征五號B火箭近地軌道(LEO)運載能力不小於22噸。

  據長征五號B運載火箭總指揮王珏介紹,從立項到首飛,長征五號B火箭經歷了近十年的研製歷程。“作為專門為載人航天工程空間站建設而研製的一型新型運載火箭,長征五號B火箭的首飛成功,標誌著空間站工程建設進入了實質階段。”王珏說。(完)



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