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运载火箭首飞即创纪录！ 长征五号B运载火箭将22吨载荷送上天

运载火箭首飞即创纪录！ 长征五号B运载火箭将22吨载荷送上天
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位于发射台上的长征五号B运载火箭 中国航天科技(000901,股吧)集团一院供图
2020年5月5日 ， 由中国航天科技集团一院抓总研制的长征五号B运载火箭在中国文昌航天发射场成功首飞 ， 把近22吨重的新一代载人飞船试验船送入太空 。 这是中国乃至亚洲火箭首次发射超过20吨的航天器 ， 进一步奠定了长征五号系列运载火箭在世界现役火箭运载能力第一梯队中的地位 。
长征五号B运载火箭以长征五号运载火箭为基础改进研制而成 ， 主要承担着我国空间站舱段等重大航天发射任务 。 或许有读者会问 ， 这哥俩有何不同 ， 长征五号B运载火箭是怎样将这么重的飞船送上天的？中国航天科技集团相关人士给出了答案 。
“长五”哥俩使命不同
从外观上看 ， 长征五号B运载火箭“身高”近54米 ， 相当于18层楼高 ， 芯级直径5米 ， 近850吨重 。 与长征五号运载火箭相比 ， 它的“腰围”一样 ， 轻20吨 ， 个子矮了大约3米 。 这是因为它比长征五号运载火箭少了芯二级和级间段 ， 只有一个芯级配备4个助推器 ， 是我国首型“一级半”火箭 。
不过长征五号B运载火箭的整流罩比长征五号运载火箭大多了 ， 长度超过20米 ， 足以把十多米长、4米多粗的空间站核心舱装进去 。
除了外观和构型 ， 这哥俩还各有所长 。 长征五号运载火箭擅于跑长途 ， 运送目的地包括大约3万6千公里外的地球同步轨道、38万公里外的月球 ， 以及最近距离也有5千万公里的火星 。 长征五号B运载火箭则专注于高度200至400公里的近地轨道 ， 这是我国空间站建设的主战场 ， 后续空间站核心舱等主要舱段都要由长征五号B运载火箭送上天 。
长征五号B运载火箭能凭借一级半构型把重磅航天器送入太空 ， 得益于采用了氢氧发动机的芯一级 ， 能够与使用液氧煤油发动机的助推器合理搭配 。 其中芯一级的两台大推力氢氧发动机 ， 凭借傲视群雄的比冲（用于衡量发动机性能 ， 可以理解为汽车的“百公里油耗”） ， 直接影响着航天器的最终入轨 。
由于长征五号B运载火箭所承担任务的特殊性 ， 对氢氧发动机提出了极高要求 。 载人空间站工程的交会对接等任务 ， 好比在太空“穿针引线” ， 时间有丝毫误差 ， 都可能让对接双方失之交臂 ， 不得不耗费很大代价调整轨道 。 这要求运载火箭的发射时间“分秒不差” ， 也就是所谓的“零窗口”发射 。 长征五号B运载火箭所用的氢氧发动机 ， 必须确保发射前工作环环相扣、步步流畅 ， 才能不耽误发射窗口 。
另外 ， 长征五号B运载火箭的加速度比长征五号运载火箭更快 ， 但在助推器分离后 ， 火箭加速度又会瞬间达到最低 。 中国航天科技集团六院长征五号运载火箭副总设计师王维彬表示 ， 发动机入口面对大起大落的压力 ， 会给发动机的稳定、可靠工作带来巨大挑战 。 氢氧发动机研制队伍开展了大量研究改进与试验验证 ， 逐一攻克难点 ， 进一步提高了发动机的工作可靠性和稳定性 。
运送载荷入轨如同用大刀刻“微雕”
采用多级火箭执行发射任务时 ， 都是用推力很小的末级火箭将卫星送到预定轨道 ， 再辅以推力更小的姿态控制发动机 ， 更容易在航天器入轨前对位置与姿态进行微调 ， 从而确保精确入轨 。
而只有一级半的长征五号B运载火箭 ， 要用2台大推力氢氧发动机直接运送载荷入轨 ， 就像用大刀刻“微雕” ， 力道极难掌握 ， 给精准入轨带来了巨大挑战 。
同时 ， 大推力氢氧发动机关机后 ， 还会产生“后效” ， 就如同燃气灶关闭后的“余火” ， 也会对入轨精度造成影响 。 这需要确保发动机燃烧稳定 ， 并在发动机研制时就尽可能算出“后效”的预测值 ， 控制系统也必须将所有可能产生的误差考虑进去 。
中国航天科技集团一院长征五号运载火箭副总设计师李学锋介绍 ， 针对发动机“后效”等不确定因素 ， 研制团队用随机“打靶”的方法 ， 模拟出上万种情况 ， 以验证控制系统设计的可靠性 。 “打靶”实验证明 ， 即便预测的“后效”与实际情况有所出入 ， 控制系统也能确保火箭精确入轨 。


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