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揭秘空間站“專車”長(zhǎng)五B火箭三大絕技

發(fā)布時(shí)間：2022-11-03 09:41:06 文章來源：人民網(wǎng)

揭秘空間站“專車”長(zhǎng)五B火箭三大絕技

10月31日，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)五B火箭）將夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。

【資料圖】

記者從長(zhǎng)五B火箭的抓總研制單位中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱“火箭院”）獲悉，長(zhǎng)五B火箭是專為我國(guó)載人航天工程空間站核心艙和實(shí)驗(yàn)艙等艙段發(fā)射任務(wù)打造的一型全新構(gòu)型的運(yùn)載火箭，也是目前我國(guó)近地軌道運(yùn)載能力最大的運(yùn)載火箭。

作為空間站艙段的“專屬列車”，2020年起，長(zhǎng)五B火箭連續(xù)成功發(fā)射新一代載人飛船試驗(yàn)船、中國(guó)空間站天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙以及夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，成功率100%。

力度——“力拔山河”

運(yùn)載火箭的能力有多大，中國(guó)航天的舞臺(tái)就有多大。

空間站艙段重量和體積都比一般的衛(wèi)星大得多。問天實(shí)驗(yàn)艙是全世界現(xiàn)役最大、最重的在軌單體航天器，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的起飛重量也超過23噸。要把這些“大塊頭”送到位于距離地球約400千米近地軌道的空間站，需要長(zhǎng)五B火箭具備極大推力。

為此，長(zhǎng)五B火箭配備了8臺(tái)120噸級(jí)的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，里面的最高壓強(qiáng)有500個(gè)大氣壓，相當(dāng)于能把黃浦江的水直接抽到5000米高的青藏高原，可謂是“力拔山河”。此外，兩臺(tái)50噸級(jí)的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)因其比沖高的特點(diǎn)，使火箭能夠以較少的燃料獲得較大的推力。

因此，長(zhǎng)五B火箭將我國(guó)長(zhǎng)征系列火箭近地軌道的運(yùn)載能力由9噸提升至25噸，得益于充分挖掘了新型發(fā)動(dòng)機(jī)的工作潛力，這些發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?yàn)榛鸺峁┏^1000噸的起飛推力。

速度——“一步登天”

我國(guó)現(xiàn)役火箭都是多級(jí)火箭，多級(jí)火箭往往先通過下面級(jí)火箭點(diǎn)火加速，再通過上面級(jí)的火箭調(diào)節(jié)入軌的姿態(tài)和入軌精度。這就好比長(zhǎng)跑一樣，不同級(jí)次的火箭分別承擔(dān)“起跑、加速跑、沖刺跑、撞線跑”的“接力“過程。

而長(zhǎng)五B火箭則只用一級(jí)半火箭直接入軌，從點(diǎn)火到入軌一氣呵成、“一步登天”，是我國(guó)現(xiàn)役運(yùn)載火箭中唯一一款一級(jí)半直接入軌的火箭，豐富和完善了新一代運(yùn)載火箭的型譜。

同時(shí)，空間站和艙段在數(shù)百公里外的太空高速繞地飛行，要確保艙段與空間站精準(zhǔn)對(duì)接，火箭的發(fā)射時(shí)間誤差必須控制在1秒以內(nèi)，任何一個(gè)誤差，都有可能使乘客“錯(cuò)過”站。這就要求長(zhǎng)五B火箭點(diǎn)火發(fā)射“疾如閃電”“說打就打”，也就是低溫火箭“零窗口”發(fā)射技術(shù)。

為了和時(shí)間賽跑，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開展了適應(yīng)“零窗口”發(fā)射要求的射前流程優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)全箭射前流程環(huán)節(jié)、可優(yōu)化內(nèi)容及發(fā)射窗口整體前移的有關(guān)影響開展專題確認(rèn)。

精度——“移動(dòng)打靶”

在航天發(fā)射中，任何一個(gè)小的干擾，都會(huì)帶來巨大影響，地面差之毫厘，太空失之千里。長(zhǎng)五B火箭作為我國(guó)大型低溫氫氧火箭執(zhí)行交會(huì)對(duì)接任務(wù)，難度就好比在廣袤宇宙中穿針引線，在方寸毫厘間精益求精。

要將夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙準(zhǔn)時(shí)送到指定的軌道位置上，首先需要為它設(shè)計(jì)一條飛行彈道?；鸺嚎傮w部火箭彈道設(shè)計(jì)組組長(zhǎng)劉銀解釋：“火箭彈道設(shè)計(jì)，就是火箭有一種運(yùn)動(dòng)最優(yōu)路徑，能把有效載荷送入到預(yù)想的那條軌道上去，來滿足它的整個(gè)空間軌道要求。”給長(zhǎng)五B設(shè)計(jì)的這條彈道，是一條最理想的飛行路線，燃料消耗最少，入軌精度最高。

然而，想要完美實(shí)現(xiàn)這條“理想”彈道，卻存在大量難題。首先，交會(huì)對(duì)接任務(wù)就像移動(dòng)打靶，太空里的軌道位置已經(jīng)確定，但是地球在不停地自轉(zhuǎn)，火箭的位置也在不停地發(fā)生變化。經(jīng)過嚴(yán)密計(jì)算，只有在某一時(shí)刻發(fā)射升空，火箭才能按照這條“最優(yōu)路徑”飛行，實(shí)現(xiàn)高精度的“移動(dòng)打靶”。這就意味著發(fā)射前的準(zhǔn)備必須分毫不差，難度可想而知。

點(diǎn)火后，火箭依靠更先進(jìn)的制導(dǎo)技術(shù)不斷調(diào)整彈道，直奔空間站。“就好比投出去的籃球能按照籃框位置、球場(chǎng)風(fēng)速、氣流和溫度等的變化，不斷修正自己的前進(jìn)軌跡，直奔籃筐而去。”火箭院總體部火箭設(shè)計(jì)師、科普專家錢航說，長(zhǎng)五B火箭創(chuàng)新運(yùn)用姿態(tài)控制增益優(yōu)化和復(fù)合制導(dǎo)方法，從而提高了姿態(tài)控制精度。

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