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揭秘长征五号B火箭四大“黑科技”

随着海南文昌航天发射场的一道烈焰划过天际,由中国航天科技集团一院抓总研制的长征五号B遥一运载火箭发射成功,将新一代载人飞船试验船送入预定轨道。

作为我国载人航天工程空间站建设的主力火箭,长征五号B运载火箭代表了我国运载火箭技术的最高水平,在继承长征五号火箭优秀“基因”的基础上,长征五号B火箭身上还有许多首创的航天“黑科技”。记者采访相关专家一一揭秘。

长征五号B首飞任务现场,邓烨晨摄 

长征五号B首飞任务现场,邓烨晨摄

黑科技一:“超大脑袋”

整流罩是运载火箭的重要组成部分,用于保护卫星或其他有效载荷免受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响。

长征五号B火箭拥有目前我国最长最大的整流罩,整流罩长度达到20.5米、直径5.2米,可以轻松的将10枚捷龙火箭装入其中。如此宽敞的空间,也是为了发射空间站核心舱和实验舱而量身打造的。

长征五号B首飞任务现场,邓烨晨摄 

长征五号B首飞任务现场,邓烨晨摄

据长征五号B运载火箭总设计师李东介绍,长征五号B火箭整流罩采用流线型的冯·卡门曲线外形,可以更好地减小空气阻力,减轻载荷影响。冯·卡门曲线是一种非线性曲线,按照冯·卡门曲线制造的整流罩展开之后并不是一个平面,而是立体的,制造难度高于锥形整流罩。

作为我国长度最长、重量最重的整流罩,另一个技术难点在于如何做到安全可靠的分离。李东说,经过多方案比较,最终确定了采用旋转式分离方案,通过大量的仿真分析、预示,对整流罩分离方案进行评估,并多次开展了整流罩分离试验,有效验证了设计正确性和各系统接口协调性。

黑科技二:“零窗口发射”

火箭发射窗口是指允许火箭发射的时间范围,一般是根据卫星或飞船入轨要求以及多种限制条件综合权衡后确定的。比如,卫星的轨道精度要求、地球与行星的相对位置要求等等。

所谓“零窗口”,是指发射时间范围为零的发射窗口,也就是要求火箭必须分秒不差的点火升空,在发射天宫一号及北斗导航卫星时都曾经实施过“零窗口”发射。

长征五号B首飞任务现场,邓烨晨摄 

长征五号B首飞任务现场,邓烨晨摄

作为未来发射空间站核心舱和实验舱的火箭,空间交会对接任务对长征五号B火箭提出了“零窗口”发射的需求,发射时间精度误差要控制在1秒以内。

李东说,虽然不是第一型实施“零窗口”发射的火箭,但作为采用液氢、液氧等低温推进剂的“冰箭”,长征五号B火箭的“零窗口”发射有着更高的技术含量和更大的技术难度,也开创了新一代运载火箭“零窗口”发射的先河。

黑科技三:“以柔克刚”

空间站舱段和长征五号B火箭的连接接口直径超过4米,“乘客”和火箭的分离不是“下车”那么简单,需要考虑可靠性、冲击环境等多个方面的因素,既要确保安全分离,又要尽量将分离过程中出现的冲击环境等不利影响降到最低。

形象一点说,要像把婴儿抱出婴儿车那般轻柔、谨慎完成空间站舱段与火箭的分离。

据李东介绍,中国航天科技集团一院长征五号B火箭研制团队围绕降低和改善冲击环境开展了专题攻关。经过试验验证,舱箭分离界面的分离得到有效改善,空间站舱段可以在“下车”过程中感受到火箭的“温柔”。

黑科技四:“一步登天”

作为一级半构型的火箭,长征五号B火箭没有单独的调姿和末速修正系统,而是利用一级火箭直接将有效载荷送入预定轨道——可谓是“一步登天”。

长征五号B首飞任务现场,史啸摄 

长征五号B首飞任务现场,史啸摄

李东说,为了确保飞船入轨的精准、安全,火箭在一级飞行段需要面对入轨精度、分离安全等方面的更高要求和更大挑战。面临新的难题和挑战,中国航天科技集团一院研制团队从入轨姿态控制、入轨精度控制、分离安全控制三个方面开展了攻关工作。

据他介绍,经过仿真分析、系统综合实验、半实物仿真试验等考核评估,大推力直接入轨精度控制和分离安全控制技术的有效性得到了验证,长征五号B火箭成为第一型只靠一级飞行就能实现有效载荷精确入轨的火箭。

来源:中国青年报