10月31日，長征五號B運載火箭（以下簡稱長五B火箭）將夢天實驗艙準確送入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。
【資料圖】
記者從長五B火箭的抓總研制單位中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術(shù)研究院（以下簡稱“火箭院”）獲悉，長五B火箭是專為我國載人航天工程空間站核心艙和實驗艙等艙段發(fā)射任務(wù)打造的一型全新構(gòu)型的運載火箭，也是目前我國近地軌道運載能力最大的運載火箭。
作為空間站艙段的“專屬列車”，2020年起，長五B火箭連續(xù)成功發(fā)射新一代載人飛船試驗船、中國空間站天和核心艙、問天實驗艙以及夢天實驗艙，成功率100%。
力度——“力拔山河”
運載火箭的能力有多大，中國航天的舞臺就有多大。
空間站艙段重量和體積都比一般的衛(wèi)星大得多。問天實驗艙是全世界現(xiàn)役最大、最重的在軌單體航天器，夢天實驗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，需要長五B火箭具備極大推力。
為此，長五B火箭配備了8臺120噸級的液氧煤油發(fā)動機，里面的最高壓強有500個大氣壓，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50噸級的氫氧發(fā)動機因其比沖高的特點，使火箭能夠以較少的燃料獲得較大的推力。
因此，長五B火箭將我國長征系列火箭近地軌道的運載能力由9噸提升至25噸，得益于充分挖掘了新型發(fā)動機的工作潛力，這些發(fā)動機能夠為火箭提供超過1000噸的起飛推力。
速度——“一步登天”
我國現(xiàn)役火箭都是多級火箭，多級火箭往往先通過下面級火箭點火加速，再通過上面級的火箭調(diào)節(jié)入軌的姿態(tài)和入軌精度。這就好比長跑一樣，不同級次的火箭分別承擔(dān)“起跑、加速跑、沖刺跑、撞線跑”的“接力“過程。
而長五B火箭則只用一級半火箭直接入軌，從點火到入軌一氣呵成、“一步登天”，是我國現(xiàn)役運載火箭中唯一一款一級半直接入軌的火箭，豐富和完善了新一代運載火箭的型譜。
同時，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對接，火箭的發(fā)射時間誤差必須控制在1秒以內(nèi)，任何一個誤差，都有可能使乘客“錯過”站。這就要求長五B火箭點火發(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)。
為了和時間賽跑，設(shè)計團隊開展了適應(yīng)“零窗口”發(fā)射要求的射前流程優(yōu)化改進，對全箭射前流程環(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。
精度——“移動打靶”
在航天發(fā)射中，任何一個小的干擾，都會帶來巨大影響，地面差之毫厘，太空失之千里。長五B火箭作為我國大型低溫氫氧火箭執(zhí)行交會對接任務(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。
要將夢天實驗艙準時送到指定的軌道位置上，首先需要為它設(shè)計一條飛行彈道?；鸺嚎傮w部火箭彈道設(shè)計組組長劉銀解釋：“火箭彈道設(shè)計，就是火箭有一種運動最優(yōu)路徑，能把有效載荷送入到預(yù)想的那條軌道上去，來滿足它的整個空間軌道要求。”給長五B設(shè)計的這條彈道，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，想要完美實現(xiàn)這條“理想”彈道，卻存在大量難題。首先，交會對接任務(wù)就像移動打靶，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)過嚴密計算，只有在某一時刻發(fā)射升空，火箭才能按照這條“最優(yōu)路徑”飛行，實現(xiàn)高精度的“移動打靶”。這就意味著發(fā)射前的準備必須分毫不差，難度可想而知。
點火后，火箭依靠更先進的制導(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、球場風(fēng)速、氣流和溫度等的變化，不斷修正自己的前進軌跡，直奔籃筐而去。”火箭院總體部火箭設(shè)計師、科普專家錢航說，長五B火箭創(chuàng)新運用姿態(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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