長征五號B火箭首飛成功 中國空間站建造拉開序幕

【訊】據中國載人航天工程辦公室消息,北京時間5月5日18時,為中國載人空間站工程研製的長征五號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,在中國文昌航天發射場點火升空。約488秒後,載荷組合體與火箭成功分離,進入預定軌道,首飛任務取得圓滿成功。

長征五號B火箭首飛成功 中國空間站建造拉開序幕

北京時間5月5日18時,為中國載人空間站工程研製的長征五號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,在中國文昌航天發射場點火升空。(圖片來源:中新網)

拉開中國空間站在軌建造階段飛行任務序幕

中新社報道,長征五號B運載火箭的成功首飛,標誌著中國載人航天工程“第三步”發展戰略任務實施迎來“開門紅”,拉開了中國空間站在軌建造階段飛行任務的序幕,為後續空間站核心艙、實驗艙發射奠定了堅實基礎。

長征五號B運載火箭以長征五號運載火箭為基礎改進研製而成,主要承擔著中國空間站艙段等重大航天發射任務。長征五號B運載火箭全長約53.7米,芯一級直徑5米,捆綁4個直徑3.35米助推器,整流罩長20.5米、直徑5.2米,採用無毒無汙染的液氧、液氫和煤油作為推進劑,起飛質量約849噸,近地軌道運載能力大於22噸,是目前中國近地軌道運載能力最大的火箭。

長征五號B運載火箭首飛成功,驗證了火箭總體方案、各分系統方案的正確性、協調性,突破了大尺寸整流罩分離技術、大直徑艙箭連接分離技術、大推力直接入軌偏差精確控制技術等一批新技術,為中國空間站在軌建造任務奠定了重要基礎。

據介紹,該型火箭於2011年11月立項,2018年11月完成了試樣研製。今年年初,執行首飛任務的長征五號B遙一火箭完成了出廠前各項研製工作,於2月5日運抵文昌航天發射場。長征五號B運載火箭進場以來,與先期抵達的空間站核心艙初樣產品等共同參加了發射場合練。3月下旬合練結束後,長征五號B運載火箭全面轉入首飛準備。

此次任務搭載發射的新一代載人飛船試驗船,是面向中國空間站運營及未來載人探月需求而研發的新一代天地往返運輸器,本次任務將對飛船高速再入返回的防熱、控制、群傘回收及部分重複使用等關鍵技術進行驗證。柔性充氣式貨物返回艙試驗艙是中國新型空間運輸飛行器的試驗器,本次任務將對充氣展開式返回飛行器軌道再入關鍵技術進行驗證。按照飛行程序,試驗艙和試驗船完成在軌試驗後,計劃分別於5月6日和5月8日返回東風著陸場。

此次發射的運載火箭及搭載的試驗船和試驗艙,分別由中國航天科技集團有限公司所屬的中國運載火箭技術研究院和中國空間技術研究院、中國航天科工集團有限公司所屬的第二研究院抓總研製。這是長征系列運載火箭的第331次飛行。據統計,自1999年神舟一號發射以來,中國載人航天工程已先後組織實施16次重大飛行任務,全部取得成功。

中國空間站“專屬列車”四大亮點

另據新華網客戶端報道,作為中國載人航天工程空間站建設的主力火箭,長征五號B運載火箭代表了中國運載火箭技術的最高水平。為了當好運送空間站艙段的“專屬列車”,在充分繼承長征五號火箭優秀“基因”的基礎上,長征五號B火箭身上還有許多首創的航天科技亮點,是長征火箭家族中無可替代的“團寵”。

亮點一:超大整流罩——不止於大

整流罩是運載火箭的重要組成部分,用於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火箭擁有目前中國最長最大的整流罩,整流罩長度達到20.5米、直徑5.2米,相當於六層樓的高度,如此寬敞的空間,也是為了發射空間站核心艙和實驗艙而量身打造的。

為了改善氣動特性,長征五號B火箭整流罩採用流線型的馮·卡門曲線外形,可以更好的減小空氣阻力,減輕載荷影響。同時整流罩分離採用了旋轉式分離方案,確保超大整流罩可以安全、可靠的實現分離。

亮點二:驗證“零窗口”發射技術——獲取新技能

長征五號B火箭是中國首個實施“零窗口”發射的低溫火箭。所謂火箭發射窗口,是指允許火箭發射的時間範圍,一般是根據衛星或飛船入軌要求以及多種限制條件綜合權衡後確定。 “零窗口”要求火箭必須分秒不差的點火升空。

為了滿足空間站交會對接的要求,長征五號B火箭需要做到“零窗口”發射,將發射時間誤差控制在1秒以內。這就要求火箭各系統在點火前提前做好準備。但由於低溫推進劑加註後會不停的“蒸發”消耗,因此發射準備好並不是越早越好。因此,長征五號B火箭需要綜合權衡好“提前量”和低溫推進劑“蒸發”的“消耗量”的關係。

長征五號B運載火箭總設計師李東表示,研製團隊從發射可靠性提升和發射流程優化兩個方面開展了科技攻關,通過可靠性分析和試驗,實現了關鍵系統可靠性提升;通過射前流程優化,提高了各系統對“零窗口”發射的適應性。

亮點三:大直徑艙箭分離——以“柔”克剛

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”那麼簡單,需要考慮可靠性、衝擊環境等多個方面的因素,既要確保安全分離,又要儘量將分離過程中出現的衝擊環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、謹慎的完成空間站艙段與火箭的分離。

為此,長征五號B火箭研製團隊圍繞降低和改善衝擊環境開展了專題攻關,對多種降衝擊方案進行比較和試驗後,採用了“隔衝框+阻尼盒”的降衝擊方案,並應用了“顆粒阻尼技術”,迅速地耗散動能,實現減振降噪的效果。經過試驗驗證,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”。

亮點四:大推力直接入軌——“一步登天”

作為一級半構型的火箭,長征五號B火箭沒有單獨的調姿和末速修正系統,而是利用一級火箭直接將有效載荷送入預定軌道。為了確保飛船入軌的精準、安全,火箭在一級飛行段需要面對入軌精度、分離安全等方面的更高要求和更大挑戰。

面臨新的難題和挑戰。研製團隊從入軌姿態控制、入軌精度控制、分離安全控制三個方面開展了攻關。通過採用姿態控制增益優化方法,提高了火箭姿態控制精度;通過採用多方法聯合的複合制導方案,有效降低了制導誤差對精度造成的影響,幫助火箭在分離時處於最佳“姿態”和最準位置。

同時,為了提高艙箭分離後的安全裕度,增加了2枚離軌火箭,確保艙箭分離後,火箭一級箭體可以避開空間站艙段的軌道面。經過仿真分析、系統綜合實驗、半實物仿真試驗等考核評估,大推力直接入軌精度控制和分離安全控制技術的有效性得到了驗證,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有效載荷精確入軌的火箭。


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