4月29日，由航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研制的長征五號B遙二運載火箭(下稱“長五B”)在海南文昌發(fā)射場點火升空，將天和核心艙送入預定軌道，這是長五B運載火箭首次執(zhí)行應用性發(fā)射任務。此次發(fā)射空間站天和核心艙，身為“專屬座駕”的長五B火箭有五大“黑科技”值得關注。

　　黑科技之一：一級半直接入軌

　　長五B不僅運載能力出色，而且還是目前世界上唯一可以直接入軌的火箭。

　　一般而言，發(fā)射低軌任務都需要兩級半火箭接力工作，一級扔掉之后，二級再接力工作才能把它送到軌道上去。然而，長五B運載火箭通過采用全新構型設計，實現(xiàn)了一級半就能直接進入預定軌道的世界航天難題。

　　“很大程度上取決于氫氧發(fā)動機和液氧煤油發(fā)動機的組合，特別是中間的氫氧可以長時間小推力地工作，才實現(xiàn)了一級半就能直接入軌�！遍L征五號火箭總設計師李東介紹。

　　用一級半的火箭完成過去兩級半火箭才能完成的任務，無疑是技術上的一個巨大進步。

　　黑科技之二：最大整流罩

　　“天和核心艙在火箭最頂端的整流罩里邊，火箭飛行過程中將承受非常惡劣的熱學環(huán)境、力學環(huán)境和噪聲環(huán)境�！遍L五B總體主任設計師黃兵解釋道，“因此，核心艙就需要依靠整流罩的保護�！�

　　據(jù)了解，長五B運載火箭的整流罩部分是中國迄今為止研制的最大尺寸整流罩，直徑超過5米、高度超過20米，相當于六七層樓的高度，規(guī)模較基本型增大了近1倍，可以對核心艙、實驗艙以及光學艙提供周全的保護。

　　整流罩的規(guī)模增大后，為了保證運載效率，結構的剛度會隨之減少，而剛度是影響分離能源設計、分離包絡設計的關鍵要素，如何準確模擬飛行及分離過程中整流罩的剛度特性，確保安全、可靠分離是研制過程中所面臨的技術難題。

　　為此，在技術攻關過程中，團隊基于顯式動力學方法進行了仿真分析，首次計算出分離過程中的能量占比關系，并通過三次大型整流罩地面分離試驗對方案進行驗證，為分離系統(tǒng)的優(yōu)化設計提供了基礎。

　　黑科技之三：“零窗口”發(fā)射

　　為了滿足空間站交會對接的要求，長五B運載火箭需要做到“零窗口”發(fā)射，將發(fā)射時間誤差控制在1秒以內�！傲愦翱凇卑l(fā)射，要求火箭各系統(tǒng)在點火前提前做好準備，以“隨時出發(fā)”的狀態(tài)等待點火。

　　“這項看似并不復雜的技術，實際上需要從火箭可靠性提升、大系統(tǒng)之間發(fā)射流程優(yōu)化兩方面開展大量研究�！遍L五B運載火箭結構總體設計師馮韶偉說。

　　作為中國首個實施“零窗口”發(fā)射的低溫火箭，長五B運載火箭需要綜合、權衡好“提前量”和低溫推進劑“蒸發(fā)”的“消耗量”的關系。

　　“通過可靠性分析和試驗，實現(xiàn)了關鍵系統(tǒng)可靠性提升；通過射前流程優(yōu)化，提高了各系統(tǒng)對‘零窗口’發(fā)射的適應性�！崩顤|介紹說。

　　黑科技之四：大直徑艙箭分離

　　作為空間站主要艙段的專用座駕，艙箭分離技術也是長五B的一大亮點。此次發(fā)射任務中，艙箭連接的直徑為4100mm，也是中國長征系列運載火箭中所發(fā)射載荷規(guī)模最大的一次。整個核心艙長度近17m，重量達22.5t量級。

　　有效載荷的規(guī)模增大后，傳統(tǒng)的包帶、低沖分離裝置均無法滿足需求。

　　要使重達20多噸的空間站艙段安全順利 “到站下車”絕非易事，長五B創(chuàng)新采用更具可靠性的降沖擊方案，并采取了一系列減振降噪技術，實現(xiàn)減振降噪的效果，既確保了安全分離，又將 “下車”過程中可能出現(xiàn)的碰撞風險降到了最低。

　　針對分離面不再是對接面的特殊星箭接口，設計團隊在機械接口設計過程中精益求精，通過星箭聯(lián)合操作精細化設計，規(guī)避了行程開關失效風險，最大程度確保發(fā)射任務成功。在此次對接過程中，所有項目均為一次通過。

　　黑科技之五：大推力入軌控制

　　作為一級半構型的火箭，長五B火箭沒有單獨的調姿和末速修正系統(tǒng)，而是利用一級火箭直接將有效載荷送入預定軌道。在一級發(fā)動機關機時，約140噸的推力在幾秒鐘之內消失，相當于一輛高速行駛的火車突然“剎車”，還要穩(wěn)穩(wěn)�？吭谥付ㄎ恢�。為了滿足入軌精度、分離安全等方面的更高要求，研制團隊開展了入軌姿態(tài)控制、入軌精度控制、分離安全控制等方面的技術攻關。

　　“研制團隊采用姿態(tài)控制增益優(yōu)化和復合制導方法，提高了火箭姿態(tài)控制精度，降低了制導誤差對精度的影響，使火箭在分離時處于最佳‘姿態(tài)’和最準位置�！崩顤|說，團隊還設置了2枚離軌火箭，使火箭一級箭體可以及時避開空間站艙段的軌道面，提高艙箭分離的安全程度。

　　后續(xù)，中國還會發(fā)射天舟貨運飛船和載人飛船。在建設空間站的目標中，發(fā)射核心艙的任務是實現(xiàn)該戰(zhàn)略目標的起點，也是后續(xù)一切任務的源頭。

　　董佳瑩