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解码梦天:空间站舱段专属“座驾”有多强?

长征五号 少年航天局 长征号运载火箭
中国载人航天

梦天实验舱作为中国空间站的第二个实验舱,将与天和核心舱交会对接并完成转位,中国空间站将形成三舱“T”字基本构型。梦天实验舱发射在即,中国载人航天官方平台特别推出《解码梦天》系列科普文章,为大家介绍梦天实验舱,首期内容让我们一起了解托举梦天实验舱的专属“座驾”——长征五号B运载火箭。

梦天实验舱与长征五号B遥四运载火箭组合体转运至发射区

2022年10月25日,搭载着空间站梦天实验舱的长征五号B遥四运载火箭稳稳转运至发射区。两年前,“长五B”以完美首飞惊艳苍穹,迎来载人航天工程“第三步”发展战略任务实施的“开门红”,拉开了空间站阶段飞行任务的序幕,而后相继送“天和”“问天”顺利入轨。对于如何成为参与空间站建设的骨干力量,“长五B”已给出最优解答......

历经十载磨一“箭” 一朝腾飞天下闻

长征五号B运载火箭是按照空间站工程任务要求,为满足空间站舱段发射任务而研制的一型大型液体运载火箭。从立项到首飞,长征五号B运载火箭经历了近十年的研制历程。

2011年11月

长征五号B运载火箭正式批复立项,承担发射空间站舱段的任务,运载火箭命名为长征五号B,代号CZ-5B

2012年1月

长征五号B运载火箭方案通过评审,转入初样研制阶段

2018年11月

长征五号B运载火箭转入试样研制阶段

2020年1月

长征五号B遥一运载火箭通过出厂评审,首飞任务载荷为新一代载人飞船试验船及柔性充气式货物返回舱试验舱

2020年5月

长征五号B遥一运载火箭在文昌航天发射场点火升空,搭载首飞载荷顺利进入预定轨道,首飞任务取得圆满成功,实现空间站阶段飞行任务首战告捷

十年磨一“箭”,一朝天下闻。作为专为载人航天工程空间站建设而研制的一型新型运载火箭,“长五B”的运载能力是我国现役火箭中最大的,近地轨道运载能力达到25吨,唯它能托举起重达20吨以上的空间站舱段发射入轨。“长五B”的首飞成功标志着我国运载火箭近地轨道运载能力跻身国际前列,为我国空间站工程后续任务的顺利实施奠定了坚实基础。

多项“黑科技”打造舱段专属“座驾”

长征五号B运载火箭开展了多项技术攻关和创新,多项首创“黑科技”为空间站舱段打造“专属座驾”。

01 超大整流罩,不止于大

长征五号B运载火箭拥有目前我国最长最大的整流罩,整流罩长度达到20.5米、直径5.2米,容积超过345立方米。如此宽敞的空间,也是为发射空间站舱段而量身打造的。此外,为了改善气动特性,火箭整流罩采用流线型的冯·卡门曲线外形,可以更好地减小空气阻力,减轻载荷影响;同时整流罩分离采用了旋转式分离方案,确保超大整流罩安全可靠地分离。

长征五号B运载火箭整流罩

02“零窗口”发射,分秒无误

空间站交会对接任务对长征五号B火箭提出了“零窗口”发射的需求,发射时间精度误差要控制在1秒以内,这就要求火箭各系统在点火前提前做好准备,等待点火。作为采用液氢、液氧等低温推进剂的“冰箭”,长征五号B运载火箭的“零窗口”发射需要综合权衡发射准备的“提前量”和低温推进剂“蒸发”的“消耗量”间的关系。为此,研制人员通过可靠性分析和试验实现了关键系统可靠性提升,通过射前流程优化提高了各系统对“零窗口”发射的适应性,开创了我国低温运载火箭“零窗口”发射的先河。

03大直径舱箭分离,以“柔”克刚

空间站舱段和长征五号B运载火箭的连接接口直径超过4米,舱箭分离需要考虑可靠性、冲击环境等多个方面的因素,既要确保安全分离,又要尽量将分离过程中出现的冲击环境等不利影响降到最低。因而火箭采用了“双隔冲框+阻尼盒”的降冲击方案,并应用了“颗粒阻尼技术”。“颗粒阻尼技术”是一种新型振动被动控制技术,通过颗粒体和阻尼器构成一个耦合、封闭的非线性系统,依靠摩擦和非弹性碰撞,迅速地耗散动能,实现减振降噪的效果,使空间站舱段可以在“下车”过程中感受到火箭的“温柔”。

04大推力直接入轨,一步到位

长征五号B运载火箭采用一级半构型,由芯一级+助推器+舱罩组合体组成,因此没有单独的调姿和末速修正系统,而是利用一级火箭直接将有效载荷送入预定轨道。在一级发动机关机时,约140吨的推力在几秒钟之内消失,相当于一辆高速行驶的火车突然“刹车”,还要稳稳停靠在指定位置。研制人员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,使火箭在分离时处于最佳“姿态”和最准位置。同时,增加了2枚反推火箭,使火箭一级箭体可以及时避开空间站舱段的轨道面,提高了舱箭分离的安全裕度。

长征五号B运载火箭不仅安全可靠、能力强,还可以为不同的“乘客”定制不同的“客舱”,这种定制化设计让火箭可以更好地与航天器适配,使航天器能在有限的空间中安装更多的载荷来实现最大能力。此次发射的长征五号B遥四运载火箭根据梦天实验舱的形状、重量进行了定制化设计。为了满足梦天舱和火箭在发射区的工作需求,专门在火箭整流罩上设计了操作口的开口;为了满足梦天实验舱上升段无线通信的需求,在火箭整流罩上也专门定制化设计了整流罩相应的透波口;在轨道方面也对满足梦天实验舱入轨的需求进行了轨道的设计,以及入轨精度的详细评估。

评论
热爱科普的俊哥
进士级
我国长征火箭既承载了长征精神守正创新,也永远在路上薪火相传。
2022-11-02
内蒙古四子王旗
太傅级
历经十载磨一“箭” ,一朝腾飞天下闻。
2022-11-02
魏娜河工大附中
贡生级
中国梦,航天梦,承载中国人的强国之梦!
2022-11-02