更輕、更強！“上海力量”託舉長征五號B火箭飛天
今晚，長征五號B運載火箭首飛成功，把近22噸重的新一代載人飛船試驗船送入太空，標誌著我國載人航天“第三步”——建造空間站，拉開序幕。
中國航天科技集團上海航天技術研究院承擔了長征五號B四個助推器以及外部安全系統、芯級配套電池等研製工作，提供90%的起飛推力。同時承擔了新一代載人飛船試驗船能源管理系統、太陽帆板、信息管理功能測控子系統等研製任務。
練出“完美身姿”，減重700多公斤護送“大塊頭乘客”
值得一提的是，與之前的三髮長徵五號運載火箭相比，長征五號B火箭的四個助推器共減重700多公斤。其中，每個頭錐結構減重約12%、近150公斤。據中國航天科技集團上海航天技術研究院長征五號B運載火箭助推結構系統設計師林連鑌介紹，由於長征五號系列火箭採用了前捆綁點主傳力的結構，在助推器頭錐的前捆綁點處，受到高達300多噸的偏置集中力。因此，要在斜頭錐裡運用增強強度的承力結構，重量佔到整個頭錐的60%以上。經設計師團隊分析，此處減重空間最大。
上海航天技術研究院長征五號助推研製團隊展開攻堅，將原頭錐捆綁點下方“多層放射筋壁板+主承力桁條”的結構，優化為“主承力桁條+主承力厚板”的新型結構形式，不僅結構更連續、承載效率更高，還能實現頭錐結構減重，一舉多得。
同時，設計師還從內部挖潛。據長征五號B運載火箭助推動力系統副主任設計師李會萍介紹道，根據前幾發長五的飛行實際，煤油箱的增壓氣瓶餘量較大。經過討論和分析驗證，最終，長征五號B每個助推器中都減少1個氣瓶，至少減重23公斤；取消後處理管路之後，每個助推至少減重16公斤。由此，四個助推器各減重約189公斤。
減重成功後，四個助推器，每個身高27.7米、淨重14.3噸、腰圍3.35米，為長五B全箭提供主支撐作用。當火箭站立時，通過前後捆綁點把自身重量分攤到四個助推器上。每個助推底部都有3條腿，即所謂的支撐點；起飛階段，助推器為全箭提供90%以上的起飛推力。
最高效太陽電池，實現“塔尖”上的再騰越
能源管理功能是飛船五大功能之一。中國航天科技集團上海航天技術研究院811所承擔了本次能源管理功能的抓總研製工作，針對新一代載人飛船實驗船的特殊性，實現了多個突破，完成了能源管理系統從神舟飛船到新一代載人飛船的“進化”過程。
新一代載人飛船實驗船能源管理系統主任設計師鍾丹華介紹，作為國內唯一既有主電源，又有輔助電源的電源系統，新一代載人飛船實驗船能源管理系統可以在主電源完全故障的情況下，由輔助電源獨立完成任務，可以說是上了雙保險。
此外，在新一代載人飛船試驗船太陽電池翼上，首次搭載應用了811所研製的光電轉換效率為34%的高效砷化鎵太陽電池，這也是目前國際空間最高光電轉換效率太陽電池。
太陽電池翼是航天器賴以持續飛翔的翅膀，是航天器的動力來源，其性能與可靠性直接關係著航天器是否能順利完成預定任務。鍾丹華介紹，中國的載人登月工程中，新一代載人飛船、載人月面著陸與上升飛行器任務中，高效、高比功率的太陽電池技術是關鍵技術與必要需求。34%光電轉換效率電池，將有效提升中國太空與深空飛行器的發電能力，支撐中國航天電源系統的更新換代。
據介紹，國際上空間應用的太陽電池翼主電源主要為光電轉換效率30%的太陽電池。此前，世界上空間型號應用的最高效率太陽電池電路產品光電轉換效率為32%。
從30%到32%再到34%，看似只有2%的轉換效率提升，卻可以說是該技術體系“塔尖上的再騰躍”。為此，研製人員開展了系列技術攻關，如採用新型覆蓋短波、中波太陽光的寬/中帶隙半導體材料，進一步降低載流子熱損、提高太陽光譜的能量利用率，攻克和解決失配材料生長的技術難點，寬光譜低反射率調配技術等，填補了國際相關產品的領域空白，達到國際領先水平。
作者：史博臻 張昱欣 範文超繆新培
圖：吳敬博
編輯：何易
責任編輯：邵珍
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