长征五号B火箭：“大块头”的独门绝技

7月24日14时22分，长征五号B运载火箭在中国文昌航天发射场，成功将当今世界最大单体载人航天器中国空间站问天实验舱发射升空。

长征五号B运载火箭发射问天实验舱 （中国航天报记者 王磊 摄）

在2020年首飞成功的长征五号B运载火箭，是一种在“长征五号”基础上改进而来的，专门用于发射近地轨道大型有效载荷的运载火箭。简单来说，就是将“长征五号”的两级半构型变为了一级半构型，即保留芯一级和四个助推器不变，仅是去掉了芯二级。目前，它的主要任务是发射我们国家天宫号空间站的各个组成舱段。“长征五号B”飞行任务的成功与否，直接关系着我国首个空间站的建设成败。

尽管“长征五号B”相比于“长征五号”身高矮了约3米、“体重”轻了约20吨，但是却继承了“长征五号”的大部分优秀“基因”。与“长征五号”一样，“长征五号B”芯一级直径为5米，捆绑4个直径3.35米的助推器。尽管去掉了芯二级，但是为满足空间站舱段的包络需求整流罩长度增加；火箭全长约53.7米，起飞质量约849吨，近地轨道运载能力达到25吨。

长征五号运载火箭发射问天实验舱 （中国航天报记者 王磊 摄）

与擅长长途运输，专注于地球同步轨道及以远的“长征五号”不同，“长征五号B”更像是一位举重选手，擅长处理更大质量的载荷。它专注于300～500千米的近地轨道，服务于我国空间站建设的主战场。为了完成好我国空间站的建设任务，“长征五号B”也修炼了一些独门绝技。

绝技一：“大脑袋”整流罩

我国的天宫号空间站由一段核心舱及两段实验舱以T字形布局组成。天和号核心舱、问天号实验舱和梦天号实验舱这3个大型舱段，依次由“长征五号B”送入近地轨道，进行空间站基本构型的在轨组装建造。尽管已经进行了分解，但各个舱段的尺寸依旧惊人。天和号核心舱长16.6米、直径4.2米、重22.5吨。问天号实验舱轴向全长17.9米，比天和号核心舱还要长1.3米，直径和重量相似。梦天号实验舱的重量稍轻，约21吨，但长度和直径与问天号实验舱基本一样。

为了容纳如此大尺寸的空间站舱段，“长征五号B”就配置了目前我国长度最长、体积最大的整流罩。整流罩长度达到20.5米，直径达到5.2米。整流罩相当于6层楼的高度，为发射空间站核心舱和实验舱量身打造了宽敞的空间。整流罩可以保证空间站舱段在从地球表面到达太空这一段旅程中，不会受到气动力、气动加热及声振等有害环境的影响。

长征五号B运载火箭整流罩 （中国航天报记者 王磊 摄）

为了使这样巨大的整流罩既能够减少火箭飞行过程中受到的气动阻力，又有足够的结构强度，整流罩还采用了流线型的冯·卡门曲线外形。由于冯·卡门曲线外形的回转体表面展开后并不是一个平面，因此不能简单使用以前锥形整流罩的制造方法，制造难度又提升了一级。

绝技二：大直径舱箭分离能力

运载火箭在发动机工作的主动段飞行期间，会产生巨大的振动和过载，为了保证所运输的有效载荷的安全，需要在火箭和有效载荷之间进行稳固可靠的连接，就像汽车上的“安全带”固定住“乘客”保证安全一样。但是比汽车上的“安全带”要求更高的是，运载火箭还需要在入轨之后利利索索的一下子把有效载荷释放出去，一点拖泥带水都来不得，否则就可能会对有效载荷造成一定的伤害。

“长征五号B”最特殊的一点在于其与空间站舱段的连接接口直径超过4米，在这么大的直径以及复杂载荷和环境条件下，既需要考虑连接的可靠安全，又要确保分离的快速可靠，以及尽量将分离过程中出现的冲击环境等不利影响降到最低。为此，“长征五号B”采用了“隔冲框＋阻尼盒”的降冲击方案，并在阻尼盒上应用了“颗粒阻尼技术”，有效改善了舱箭分离界面的分离冲击和振动。

“颗粒阻尼技术”是一种新型的振动被动控制技术，是在振动体有限封闭空间内充填了大量的微小颗粒，利用振动时微小颗粒间的摩擦和非弹性碰撞，迅速地耗散振动能量，实现降低冲击的效果。

绝技三：大推力直接入轨能力

运载火箭为了保证能够以精确的位置、姿态和速度将有效载荷释放到位，一般在火箭末级使用小推力的火箭发动机，而且还要装备一套末速修正和姿态调节动力系统。但我们知道，相比于“长征五号”，“长征五号B”去掉了芯二级，这样部署在芯二级上的小推力火箭发动机、末速修正和姿态调节动力系统也就一起都被去掉了。

“长征五号B”利用一级火箭将空间站舱段直接送入预定轨道。在一级火箭发动机关机时，约140吨的推力会在几秒钟之内消失，这相当于一辆高速行驶的火车突然“刹车”。那么“长征五号B”怎么保证空间站舱段能够精确入轨，将火箭稳稳停靠在指定位置上呢？

为了实现这一功能，“长征五号B”通过采用姿态控制增益优化和复合制导方法，提高了火箭姿态控制精度，降低了制导误差对精度的影响。通过采用这种控制方法，确保火箭在分离时处于最佳的姿态和最准的位置。更进一步，“长征五号B”还安装了两枚离轨火箭，使得火箭一级箭体在分离释放空间站舱段之后，可以及时进行在轨机动，躲避开空间站舱段运行的轨道面，避免可能发生的碰撞，提高了舱箭分离的安全裕度。通过采取这些措施，“长征五号B”成为第一型只靠助推及一级飞行就能实现有效载荷精确入轨的火箭。