從點火到入軌一氣呵成 它是我國首個一級半構型火箭

2020年5月5日，長征五號B運載火箭在中國文昌航天發射場首飛成功，揭開了我國載人航天空間站建設的大幕。

長征五號B運載火箭是我國首個一級半構型火箭。什么是火箭構型？一級半的長征五號B運載火箭強在哪？本文帶您了解它身上的黑科技。

無級間分離提升系統可靠性

按照構型，火箭分為單級火箭和多級火箭兩類，火箭助推器通常被算作半級。

目前我國航天任務采用較多的是多級火箭。其工作特點是，火箭點火后一級發動機開始工作，燃料用完，一級發動機關機，并和燃料儲箱一起從箭體上分離。其余各級發動機也是如此，通過這種“卸包袱”的形式，讓火箭輕裝前行，持續獲得良好的加速性能。在此基礎上，各級火箭分別承擔“起跑、加速跑、沖刺”的任務。

長征五號B運載火箭是在一級上捆綁了4個助推器，屬于一級半火箭。相比多級火箭的“接力”，它則是從點火到入軌一氣呵成，是我國現役運載火箭中唯一一款直接入軌的火箭。

這樣的構型不僅豐富和完善了我國新一代運載火箭型譜，也提升了系統可靠性。要知道，級間分離是火箭飛行中最容易出現問題的環節之一?；鸺夐g分離時，下級發動機關機，級間分離火工品工作使兩級分開。為避免分開的兩級發生“追尾”和“碰撞”，要用側推小火箭或反推小火箭點火，讓分離開的兩級隔出一段安全距離，上級火箭發動機再點火繼續飛行。這一系列動作十分復雜，對控制的要求極高。長征五號B運載火箭系統簡單，無級間分離，可靠性自然就高。

要“上得去”并“送得準”

一級半直接入軌雖然“簡單粗暴”，要實現卻不容易，需要滿足兩個基本條件：推力夠大“上得去”、精確入軌“送得準”。

長征五號B運載火箭未來將承擔空間站艙段運送任務，是我國近地軌道運載能力最大的火箭。它的底氣來源于我國為新一代運載火箭研制的2款發動機，充分發掘了液氧煤油發動機大推力、氫氧發動機高比沖的優勢。

該火箭的4個助推器配置了共8臺YF-100液氧煤油發動機，地面推力可達9600千牛。這樣的推力能讓火箭點火后獲得較大加速度。火箭一級配置的2臺YF-77氫氧發動機具備高比沖的特點，能使火箭以較少燃料獲得較大推力。但對于一級半火箭來說，沒有上面級進行軌道修正，如何保證入軌精度？

為此，火箭研制團隊研發了大推力直接入軌技術。該技術能在火箭點火之后，依靠先進的制導技術，不斷調整火箭彈道，直奔目標而去。為了實現“自動駕駛”，研制團隊在長征五號B運載火箭上創新運用了姿態控制增益優化和復合制導方法，提高了火箭姿態控制精度。

同時，長征五號B運載火箭還運用了大直徑艙箭分離技術。未來實施空間站發射任務時，當火箭把空間站艙段送到預定位置，兩者就要分離。空間站艙段重達20多噸，和火箭連接接口直徑超過4米，分離時稍有磕碰或“較勁”，都有可能出現損傷。研制團隊圍繞降低和改善沖擊環境開展專題攻關，采用“隔沖框＋阻尼盒”的降沖擊方案，并應用“顆粒阻尼技術”，以實現減振降噪效果，讓火箭上的“乘客”在“到站”后，能夠安全“下車”。

整流罩不止于大

長征五號B運載火箭身上還有多項國內首創的黑科技，比如整流罩。

整流罩是運載火箭的重要組成部分，用于保護衛星或其他有效載荷免受氣動力、氣動加熱及聲振等有害環境的影響。長征五號B運載火箭擁有目前我國最長最大的整流罩，整流罩長達20.5米，相當于6層樓高，直徑達到5.2米。如此寬敞的空間，是為發射空間站核心艙和實驗艙量身打造的。

為了改善氣動特性，該整流罩采用了馮·卡門曲線外形。馮·卡門曲線是一種非線性曲線，可以更好地減小空氣阻力，減輕載荷所受影響。但如此外形的整流罩，展開之后并不是一個平面，而是立體的，制造難度高于傳統的錐形整流罩。

作為我國長度最長、重量最重的整流罩，另一個技術難點在于如何保證分離時的安全可靠。經過多方案對比，科技人員確定采用旋轉式分離方案，并為此開展了大量仿真分析，以及多次整流罩分離試驗，有效驗證了設計正確性和各系統接口協調性。

開創“冰箭”零窗口發射先河

火箭發射窗口指允許火箭發射的時間范圍，一般需要綜合權衡衛星或飛船入軌要求以及多種限制條件后確定，比如衛星的軌道精度要求、地球與行星的相對位置要求等?！傲愦翱凇笔侵赴l射時間范圍為零的發射窗口，也就是要求火箭必須分秒不差地點火升空。

未來的空間站交會對接任務，對長征五號B運載火箭也提出了“零窗口”發射需求，發射時間精度誤差要控制在1秒以內。作為采用液氫、液氧等低溫推進劑的“冰箭”，長征五號B運載火箭的“零窗口”發射有著更高技術含量和更大難度。此次發射成功，也開創了新一代運載火箭“零窗口”發射的先河。

為了實現“零窗口”發射，火箭各系統要確保在點火前一段時間就完成各項準備。但低溫推進劑加注后會不停地蒸發消耗，因此長征五號B運載火箭的準備狀態并不是越早越好，而要嚴格按照時間要求精準完成，并且為應對各種情況充分做好預案。

作為我國最復雜的運載火箭，長征五號B運載火箭發射前非常繁忙，任何一處細微差錯都可能造成發射流程延誤，進而影響“零窗口”的實現。研制團隊通過開展大量分析和試驗，實現了關鍵系統可靠性提升；通過射前流程優化，進一步提高了各系統對于“零窗口”發射的適應性，最終保證了任務成功實施。

[責任編輯：楊凡、崔中連]

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