为了当好运送空间站舱段的“专属列车”,长征五号 B运载火箭在充分继承长征五号运载火箭研制经验及基础的同时,开展了多项技术攻关和创新,练就了一身“独门绝技”。

一级半直接入轨:“ 基因 ” 自带高可靠性
长征五号 B火箭由中国航天科技集团有限公司一院抓总研制,采用一级半构型,是目前世界在役火箭中唯一一款一级半直接入轨的火箭。火箭系统简洁,所有发动机的点火都在地面完成,也无需进行级间分离、高空发动机启动等动作,降低了故障发生的概率,可靠性提升。要实现一级半入轨,对火箭的发动机是个考验。长征五号 B 火箭助推器配置液氧煤油发动机,一级火箭配置氢氧发动机。前者具有推力大的特点,让火箭点火后获得较大的加速度,后者具有高比冲的优势,可以为火箭提供高效的速度增量。
“氢氧和液氧煤油两种发动机组合形成的‘基因’,决定了能够构造出一级半直接入轨的火箭,而且火箭的固有可靠性天生就高。”长征五号B火箭总体副主任设计师李平岐说。
突破 “ 零窗口 ” 发射技术:为交会对接赢得 ±1分钟
后续,实验舱Ⅰ和试验舱Ⅱ要与核心舱通过交会对接,在轨进行组装,这要求火箭“零窗口”发射。交会对接就好比在太空“穿针引线”,失之毫厘差之千里,一旦出现偏差,空间站舱段就要消耗燃料来变轨满足对接要求,造成能力损失。但长征五号 B 火箭是低温火箭,面临着低温推进剂加注问题和复杂的发射前流程,实施“零窗口”发射相比常温火箭难度大得多。
李平岐说,为了解决这个问题,研制团队对箭上控制系统迭代制导方案进行了优化改进,实现了起飞时间与预定时间的误差不超过±1分钟时,火箭可以在飞行过程中修正偏
差,将空间站轨道舱精准送入原定目标位置。也就是说,只要在这两分钟里点火起飞,火箭到达的都是唯一的终点,助力空间站舱段在太空中实现顺利“牵手”。
首次将一级火箭作为末级使用:就像一辆高速行驶的火车突然“刹车”并挺稳
李平岐表示,长征五号运载火箭与长征五号 B运载火箭同属长征五号火箭系列,两型火箭共享了 5 米大直径箭体结构研制、大推力液氧液氢发动机技术、大推力液氧煤油发动机技术、大型活动发射平台技术、系统级冗余控制技术等关键技术,但两型火箭在设计、用途等方面存在很多不同。从构型上看,长征五号运载火箭采用两级半构型,由芯一级+助推器+芯二级+星罩组合体组成;长征五号 B 运载火箭采用一级半构型,由芯一级+助推器+星罩组合体组成。
从外观上看,长征五号B运载火箭与长征五号运载火箭的最大区别在于整流罩,长征五号运载火箭的整流罩长度大约 12.3 米,而长征五号 B 火箭的整流罩长度达到了 20.5 米,
是我国目前最大的火箭整流罩。从用途上看,长征五号运载火箭一般用于发射高轨道的大型卫星以及各类深空探测器,例如实践二十号卫星、嫦娥五号月球探测器、火星探测器等;长征五号 B 运载火箭主要用于发射近地轨道的大型卫星及飞船,例如载人空间站的核心舱和实验舱等。
从运载能力上看,长征五号火箭地球同步转移轨道(GT0)运载能力约为 14 吨,长征五号 B 火箭近地轨道(LEO)运载能力约为 25吨级。
长征五号 B 与长征五号是同属一个火箭系列的不同构型,长征五号 B 火箭与长征五号火箭共享了芯一级和助推器的大部分关键技术,减少了一部分研制工作量,但是从研制难度上看,长五 B 这种一级半构型的火箭,在我们国家尚属首次,涉及到一些独有的技术特点,也是研制工作的重点和难点。
长征五号 B 与长征五号相比,是国内航天发射中首次将一级火箭作为末级使用,不增加姿态调整和速度修正,直接将有效载荷送入轨道。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,然后让“乘客”顺利地下车。为此研制队伍攻克了大推力直接入轨关键技术,满足了有效载荷对姿态控制和制导精度控制的指标。长征五号 B 与长征五号相比,变“轻”了,火箭飞得更“快”,飞行时的过载也变大了,对箭上设备环境耐受能力提出了新考验。
他表示,长征五号B火箭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 吨级,使我国发射较大规模的航天器成为可能,比如空间站的各个舱段,重量达到 20 吨以上,只有长征五号B火箭能够发射。长征五号 B 火箭的首飞成功,使我国大型运载火箭的技术水平进入世界第一梯队,与俄罗斯质子—M 火箭、美国猎鹰—9 火箭、德尔塔 IV 火箭、欧洲阿丽亚娜—5 火箭的运载能力相当。同时,长征五号B火箭也是我国新一代运载火箭系列化发展的代表之一,将为后续重型运载火箭的研制提供重要的技术积累。
空间站“专属列车”创造多个“国内第一”
为我国空间站任务“量身定做”的长征五号 B 运载火箭,是我国目前近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭,具备近地轨道 25 吨的运载能力。其“大力出奇迹”的关键所在,就是由航天科技集团八院 805 所抓总研制的 4 个 3.35 米助推器。据长征五号运载火箭副总指挥兼副总设计师鲍国苗昨天向记者介绍说,4 个助推器为长五 B 火箭提供了 90%以上的起飞推力,并创造了多个“国内第一”。
一是国内第一个规模最大的液体助推器,不仅体现在它10 层楼高的“个头”和直径 3.35米“腰围”,还体现在单个助推器推力最大,达到 240 吨,超过了普通中小型运载火箭的起飞推力;二是国内第一次采用了气动外形良好的斜头锥和前捆绑主传力结构,前捆绑点大偏置集中力设计载荷高达310 多吨,后捆绑点径向设计载荷高达 80 多吨,这对助推器的结构设计要求非常高,必须要“站得稳”、“牢传力”、耐高温”;三是国内第一次采用助推器支撑全箭竖立载荷,有效减轻了芯级重量和芯级结构的设计难度,提升了全箭运载能力。
广州日报·新花城记者:肖欢欢通讯员杨欣、桑茜
广州日报·新花城编辑:蔡凌跃