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长五B作为我国首个一级半构型火箭 到底强在哪?

(原标题:硬科普丨长五B,我国首个一级半构型火箭,到底强在哪?)

今天(5月5日)18时00分,长征五号B运载火箭在我国文昌航天发射场首飞成功,揭开了我国载人航天空间站建设的大幕。长征五号B火箭,是我国首个一级半构型火箭。那么,什么是火箭构型?长五B火箭一级半构型具体“强”在哪?

知识背景火箭都有哪些构型?

一般来说,火箭分单级火箭和多级火箭两类;

其中多级火箭又分串联式、并联式、混合式三种联结方式。

单级火箭一步到位

所谓单级火箭,是只靠一级发动机点火就直接将载荷送到预定位置,一步到位。目前我国长征火箭中还没有纯粹意义上的一级火箭。本次首飞成功的长征五号B火箭,在一级上捆绑了四个助推器,我们一般把助推器算作半级,所以,长五B火箭算“一级半”火箭。

多级火箭步步接力

多级火箭最大的特点是有良好加速性能,火箭点火后,最下面一级的燃料开始燃烧,燃料燃烧完后,发动机关机,发动机和储存燃料的箱体就会从箭体上分离,从而使火箭“轻装前行”。目前,我国火箭多采用多级形式,比如,长征二号F运载火箭和长征七号火箭都是二级半构型火箭。

△长二F火箭资料图

△长征七号火箭资料图

知识点火箭级数越多越好?

NO。级数多了,控制起来就会更复杂。所以,多级火箭一般不超过四级。我国现役火箭,级数最多的是长征十一号固体运载火箭,有四级。

知识点多级火箭的联结方式

串联:多级火箭好像竹竿一样串在一起,串联火箭空气阻力往往会较小。

并联:多级火箭并排捆绑在一起,这在助推器中较为常见。

混合式:既有串联、又有并联。长征五号火箭就是采用四个助推器和一子级并联捆绑,一子级又和二子级串联的方式。

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△长征五号火箭资料图

实际上,真正设计一款火箭的构型的时候,需要考虑的因素是非常多的,对火箭的运载能力、结构强度、材料选择、速度控制等都需要极为精确的计算和试验。

长五B丰富和完善我国火箭构型

我国航天经过60多年发展,已经掌握了一系列技术:

从常温到低温

从串联到并联

从载物到载人

从液体到固体

从陆地到海上

等等

形成了较为完备的火箭系列,长五B一级半构型进一步丰富了我国火箭构型。

知识背景长征系列火箭按构型分类

两级火箭:长征二号、长征二号丙、长征二号丁

两级半火箭:长征二号捆、长征二号F、长征五号、长征七号

三级火箭:长征一号、长征三号、长征三号甲、长征四号系列、长征六号

三级半火箭:长征三号乙/丙

四级火箭:长征十一号(固体)

一级半火箭:长征五号B

△我国第一型一级半构型火箭长征五号B示意图

长征一号

我国于1970年4月24日发射的第一枚火箭,长征一号,就是一枚三级串联火箭,其后于1974年首飞的长征二号,1975年首飞的“金牌火箭”长征二号丙,都是多级串联的火箭。

长征二号捆

我国第一枚并联式捆绑式火箭是1990年首飞成功的长征二号捆运载火箭,该型火箭使我国首次突破助推火箭的并联捆绑技术。其后的长征二号F、长三乙、长三丙、长五、长七等火箭都捆绑了助推器。

长征十一号

我国第一枚固体运载火箭则是长征十一号火箭,该火箭2015年在酒泉首飞,2019年在我国黄海海域完成了我国首次海上发射技术试验,使我国成为第三个掌握海上发射技术的国家。

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长五B火箭一级半构型有多强?

火箭级间分离时,下级发动机关机,级间分离火工品工作使两级分开,同时,为避免分开的两级发生“追尾”和“碰撞”,侧推小火箭或反推小火箭点火,使分离开的两级隔开一段安全距离,之后上级发动机再点火,上级火箭才能继续加速飞行。这个过程控制非常复杂,因此级数越少分离次数就越少,发生故障的概率也就越低。长五B火箭一级半直接入轨,有效减少分离次数,所以可靠性大大提升。

△转运中的长征五号B遥一运载火箭

两大新技术保障长五B火箭运载能力

长五B火箭是我国现役火箭中低轨运载能力最大的火箭,而空间站舱段重量和体积还要比一般的卫星大得多。火箭级数少了,怎样保障火箭的运载能力不降低呢?这就依靠长五B火箭新的两大技术保障——大推力直接入轨技术和大直径舱箭分离技术。

大推力直接入轨技术

在火箭点火之后,依靠更先进的制导技术,不断调整火箭弹道,直奔目标而去。就好比篮球投出去之后,自己能按照篮筐位置、球场风速、气流和温度等的变化,不断修正自己的前进轨迹,直奔篮筐而去。其实,这在原理上有点像汽车的自动驾驶技术,只是,长五B这辆“汽车”,重达数百吨、时速不可估量,要做到“自动驾驶”可不容易。长五B火箭创新运用姿态控制增益优化和复合制导方法,从而提高了火箭姿态控制精度。

大直径舱箭分离技术

当长五B火箭把空间站舱段送到预定位置后,舱段就需要与火箭分离,也就是“到站下车”,要让十数吨重的空间站舱段安全“下车”绝非易事。就好比在两辆高速行驶的高铁上,传递婴儿一样,既要确保安全分离、顺利交接,又要将过程中出现的冲击环境降到最低,以免“磕碰”到婴儿。要知道,空间站舱段和长五B火箭的连接接口直径超过4米,任何一个地方稍稍“较点劲”都有可能“撞出内伤”。为此,研制团队围绕降低和改善冲击环境开展了专题攻关,采用了“隔冲框+阻尼盒”的降冲击方案,并应用“颗粒阻尼技术”,实现减振降噪的效果。

长征五号B运载火箭是专门为载人航天工程空间站建设而研制的一型新型运载火箭,火箭的首飞成功,标志着空间站工程建设进入了实质阶段。后续,长五B运载火箭还将担当起发射空间站核心舱和实验舱的重任,为中国航天搭建更大舞台。

来源:央视新闻客户端