首飛成功

“點火！”隨著發(fā)射現(xiàn)場01號指揮員一聲令下，文昌航天發(fā)射場1號塔架上的大火箭發(fā)出震天撼地般的轟鳴，隨即騰空而起，直奔蒼穹。

5月5日18時整，長征五號B運載火箭搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙，從文昌航天發(fā)射場起飛，將所搭載航天器精準送入預定軌道。

長征五號B運載火箭（以下簡稱長五B火箭）首飛任務圓滿成功，迎來了空間站在軌建造階段飛行任務的“開門紅”，拉開了我國載人航天工程“第三步”任務序幕，也為后續(xù)空間站核心艙、實驗艙發(fā)射奠定了堅實基礎。

空間站建造進入實質(zhì)階段

長五B火箭是為我國載人空間站工程研制的，它的首飛對后續(xù)空間站建造來說至關(guān)重要。

自2011年長五B火箭正式立項，可以說經(jīng)歷了“十年磨一箭”的艱辛歷程。而此次首飛成功，全面驗證了火箭總體和各系統(tǒng)方案設計的正確性、協(xié)調(diào)性，突破了大尺寸整流罩分離技術(shù)、大直徑艙箭連接分離技術(shù)、大推力直接入軌偏差精確控制技術(shù)等新技術(shù)，為我國空間站工程的順利實施打下了基礎。

長五B火箭發(fā)射“主場”選在文昌航天發(fā)射場。長五B火箭在2月5日運抵文昌發(fā)射場后，參加了兩個重要任務，第一個是發(fā)射場合練，第二個就是首飛任務。

專家介紹，發(fā)射場合練非常重要，是完全按照正式發(fā)射狀態(tài)進行模擬演練，只是不會真正執(zhí)行最終的點火指令。通過合練，可以全面驗證空間站核心艙與運載火箭、發(fā)射場等系統(tǒng)之間的配合，為之后的空間站建造任務打基礎。在合練階段，發(fā)射場、運載火箭、空間站核心艙、航天員、空間應用等系統(tǒng)參加。長五B火箭在發(fā)射場完成了與空間站核心艙初樣產(chǎn)品的合練，驗證了火箭與核心艙的電氣、機械接口，演練了核心艙發(fā)射流程。

長五B火箭總設計師李東在指揮大廳工作現(xiàn)場。圖片| 中國航天報

“胖五”也就是長征五號火箭的幾次發(fā)射，為長五B火箭積累了豐富的經(jīng)驗。不過長五B火箭屬于首飛，有一定風險，也需要適應發(fā)射環(huán)境。比如要考慮發(fā)射區(qū)高溫高濕及鹽霧環(huán)境對火箭產(chǎn)品的影響等。

“從1月18日合練載荷空間站核心艙進場，到成功實施發(fā)射，時間跨度長達109天。”文昌航天發(fā)射場測發(fā)系統(tǒng)專家王光義說，在此期間，發(fā)射場系統(tǒng)組織完成了火箭技術(shù)區(qū)測試、航天器測試保障等一系列工作，為發(fā)射任務圓滿成功提供支撐。

“長五B火箭的首飛成功，標志著空間站工程建設進入了實質(zhì)階段。”中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術(shù)研究院長征五號B運載火箭總指揮王玨說，除了本次首飛，后續(xù)我國空間站的核心艙、實驗艙Ⅰ、實驗艙Ⅱ等3個艙段都將由長五B火箭送入軌道。

至此，發(fā)射載人飛船的長征二號F運載火箭、發(fā)射貨運飛船的長征七號運載火箭和長五B火箭，將共同構(gòu)成我國空間站的天地往返運輸系統(tǒng)。

“黑科技”助運載能力提升

長五B火箭代表著目前我國運載火箭技術(shù)的最高水平。它由中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術(shù)研究院抓總研制。長五B火箭的發(fā)射成功，進一步奠定了長征五號系列火箭運載能力在世界現(xiàn)役火箭第一梯隊中的地位。

盡管長五B火箭與長征五號運載火箭同屬長征五號系列，且是在后者基礎上改進研制的，但兩型火箭在設計、用途等方面存在很多不同。

外形上，長五B火箭比長五“矮”約3米，輕約20噸。長五B火箭的“頭部”即整流罩比長征五號整流罩長了近8米。從構(gòu)型上看，長征五號運載火箭采用兩級半構(gòu)型，長五B火箭采用一級半構(gòu)型。

長征五號B運載火箭全身。圖片| 中國航天報

長征五號B運載火箭飛天瞬間。圖片| 中國航天報

兩者使命也不同。長征五號運載火箭飛得遠，擅長跑長途，主要用于發(fā)射高軌大型衛(wèi)星以及各類深空探測器，如嫦娥五號月球探測器、火星探測器等;長五B火箭屬短距離沖刺，主要用于發(fā)射近地軌道的大型航天器及艙段，例如空間站的核心艙和實驗艙等。

長五B火箭研制過程中進行了多項技術(shù)攻關(guān)和創(chuàng)新，掌握了一批“黑科技”：

一是超大整流罩研制。

整流罩是運載火箭的重要組成部分，用于保護衛(wèi)星或其他有效載荷免受氣動力、氣動加熱及聲振等有害環(huán)境的影響。長征五號B火箭擁有目前我國最長最大的整流罩，整流罩長度達到20.5米、直徑5.2米，相當于六層樓的高度，如此寬敞的空間，也是為了發(fā)射空間站核心艙和實驗艙而量身打造的。

據(jù)了解，為了改善氣動特性，長征五號B火箭整流罩采用流線型的馮·卡門曲線外形，可以更好地減小空氣阻力，減輕載荷影響。馮·卡門曲線是一種非線性曲線，按照馮·卡門曲線制造的整流罩展開之后并不是一個平面，而是立體的，制造難度高于錐形整流罩。

二是驗證“零窗口”發(fā)射技術(shù)。

“零窗口”是指發(fā)射時間范圍為零的發(fā)射窗口，也就是要求火箭必須分秒不差地點火升空，在發(fā)射天宮一號及北斗導航衛(wèi)星時都曾經(jīng)實施過“零窗口”發(fā)射。

作為未來發(fā)射空間站核心艙和實驗艙的火箭，空間站交會對接任務對長征五號B火箭提出了“零窗口”發(fā)射的需求，發(fā)射時間精度誤差要控制在1秒以內(nèi)。雖然不是第一型實施“零窗口”發(fā)射的火箭，但作為采用液氫、液氧等低溫推進劑的“冰箭”，長征五號B火箭的“零窗口”發(fā)射有著更高的技術(shù)含量和更大的技術(shù)難度，也開創(chuàng)了新一代運載火箭“零窗口”發(fā)射的先河。

長征五號B運載火箭總設計師李東介紹，研制團隊從系統(tǒng)發(fā)射可靠性提升和發(fā)射流程優(yōu)化兩個方面開展了工作。通過開展可靠性試驗和分析工作，實現(xiàn)了關(guān)鍵系統(tǒng)可靠性提升;通過射前流程優(yōu)化，進一步提高了各系統(tǒng)對于“零窗口”發(fā)射的適應性。

三是大直徑艙箭分離。

空間站艙段和長征五號B火箭的連接接口直徑超過4米，“乘客”和火箭的分離不是“下車”那么簡單，需要考慮可靠性、沖擊環(huán)境等多個方面的因素，既要確保安全分離，又要盡量將分離過程中出現(xiàn)的沖擊環(huán)境等不利影響降到最低，形象一點說，要像把嬰兒抱出嬰兒車那般輕柔、謹慎地完成空間站艙段與火箭的分離。

長征五號B火箭研制團隊圍繞降低和改善沖擊環(huán)境開展了專題攻關(guān)，對多種降沖擊方案進行比較和試驗后，采用了“隔沖框+阻尼盒”的降沖擊方案，并應用了“顆粒阻尼技術(shù)”。

“顆粒阻尼技術(shù)”是一種新型振動被動控制技術(shù)，通過顆粒體和阻尼器構(gòu)成一個耦合、封閉的非線性系統(tǒng)，依靠摩擦和非彈性碰撞，迅速地耗散動能，實現(xiàn)減振降噪的效果。經(jīng)過試驗驗證，艙箭分離界面的分離得到有效改善，空間站艙段可以在“下車”過程中感受到火箭的“溫柔”。

四是大推力直接入軌。

作為一級半構(gòu)型的火箭，長征五號B火箭沒有單獨的調(diào)姿和末速修正系統(tǒng)，而是利用一級火箭直接將有效載荷送入預定軌道。在一級發(fā)動機關(guān)機時，約140噸的推力在幾秒鐘之內(nèi)消失，相當于一列高速行駛的火車突然“剎車”，還要穩(wěn)穩(wěn)?？吭谥付ㄎ恢?。

為了滿足入軌精度、分離安全等方面的更高要求，研制團隊開展了入軌姿態(tài)控制、入軌精度控制、分離安全控制等方面的技術(shù)攻關(guān)。

李東介紹，通過采用姿態(tài)控制增益優(yōu)化和復合制導方法，提高了火箭姿態(tài)控制精度，降低了制導誤差對精度的影響，使火箭在分離時處于最佳“姿態(tài)”和最準位置。同時，設置了兩枚離軌火箭，使火箭一級箭體可以及時避開空間站艙段的軌道面，提高了艙箭分離的安全裕度。

由此，長征五號B火箭成為第一型只靠助推及一級飛行就能實現(xiàn)有效載荷精確入軌的火箭。

整流罩轉(zhuǎn)運現(xiàn)場。圖片| 中國航天報

按計劃，我國空間站將在2022年前后建成，可望在近地軌道在軌飛行10年以上，支持開展大規(guī)模的空間科學實驗、技術(shù)試驗和空間應用等活動，成為國家級的太空科學實驗室。

后續(xù)將發(fā)射核心艙和實驗艙

伴隨長五B火箭首飛成功，新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙也進入人們的視線。新一代載人飛船試驗船，是面向我國空間站運營及未來載人探月需求而研發(fā)的新一代天地往返運輸器。中國航天科技集團有限公司所屬中國空間技術(shù)研究院航天專家介紹，新一代載人飛船具備高安全、高可靠、適應多任務和模塊化設計特點，目標是實現(xiàn)一次可運載6名航天員，以及返回艙的多次可重復使用。由于新一代載人飛船將同時兼顧近地軌道任務和更遠的深空探測，對飛船的結(jié)構(gòu)和防熱性能會帶來更大的考驗。

“新一代載人飛船和神舟飛船、天舟貨運飛船不是替代關(guān)系，而是互相補充。就像馬路上既有貨車又有客車還有客貨兩用車一樣，新一代載人飛船豐富了天地往返運輸工具的選擇，可以根據(jù)任務需求個性化選擇?！睂＜医忉?，此次新一代載人飛船試驗船尚處技術(shù)試驗階段，不載人，是通過在軌運行幾天，驗證一系列飛船關(guān)鍵技術(shù)。此后，飛船將轉(zhuǎn)入全系統(tǒng)的研制和功能驗證，為未來的載人飛行做準備。

中國航天科工集團二院專家介紹，柔性充氣式貨物返回艙試驗艙是一種新型空間運輸飛行器，它具備著陸緩沖一體化設計、下行載荷比高、搭載接口可擴展等多項優(yōu)勢，在滿足多種天地往返需求、提供搭載平臺及下行服務等方面具有很好的應用前景。這次由長五B火箭運送至空間軌道，是為了驗證充氣展開、柔性防熱、柔性體飛行器的氣動力熱環(huán)境及再入返回等多項關(guān)鍵技術(shù)?？臻g站建造成功拉開序幕，人們對空間站有了更多期待。按計劃，我國空間站將在2022年前后建成，可望在近地軌道在軌飛行10年以上，支持開展大規(guī)模的空間科學實驗、技術(shù)試驗和空間應用等活動，成為國家級的太空科學實驗室。

根據(jù)飛行任務規(guī)劃，空間站工程分為關(guān)鍵技術(shù)驗證、建造和運營3個階段實施。據(jù)中國載人航天工程辦公室副主任林西強介紹，為建造空間站，一共規(guī)劃12次飛行任務。此次任務后，將先后發(fā)射天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙，進行空間站基本構(gòu)型的在軌組裝建造;規(guī)劃發(fā)射4艘神舟載人飛船和4艘天舟貨運飛船，進行航天員乘組輪換和貨物補給。目前，執(zhí)行空間站建造階段4次飛行任務的航天員乘組也已經(jīng)選定，正在開展任務訓練。我國第3批預備航天員選拔工作也將于今年年中完成。

◎ 來源|綜合人民日報、人民網(wǎng)