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火箭从点火到入轨一气呵成 它是我国首个一级半构型火箭

2020年5月5日 ， 长征五号B运载火箭在中国文昌航天发射场首飞成功 ， 揭开了我国载人航天空间站建设的大幕 。
长征五号B运载火箭是我国首个一级半构型火箭 。 什么是火箭构型？一级半的长征五号B运载火箭强在哪？本文带您了解它身上的黑科技 。
无级间分离提升系统可靠性
按照构型 ， 火箭分为单级火箭和多级火箭两类 ， 火箭助推器通常被算作半级 。
目前我国航天任务采用较多的是多级火箭 。 其工作特点是 ， 火箭点火后一级发动机开始工作 ， 燃料用完 ， 一级发动机关机 ， 并和燃料储箱一起从箭体上分离 。 其余各级发动机也是如此 ， 通过这种“卸包袱”的形式 ， 让火箭轻装前行 ， 持续获得良好的加速性能 。 在此基础上 ， 各级火箭分别承担“起跑、加速跑、冲刺”的任务 。
长征五号B运载火箭是在一级上捆绑了4个助推器 ， 属于一级半火箭 。 相比多级火箭的“接力” ， 它则是从点火到入轨一气呵成 ， 是我国现役运载火箭中唯一一款直接入轨的火箭 。
这样的构型不仅丰富和完善了我国新一代运载火箭型谱 ， 也提升了系统可靠性 。 要知道 ， 级间分离是火箭飞行中最容易出现问题的环节之一 。 火箭级间分离时 ， 下级发动机关机 ， 级间分离火工品工作使两级分开 。 为避免分开的两级发生“追尾”和“碰撞” ， 要用侧推小火箭或反推小火箭点火 ， 让分离开的两级隔出一段安全距离 ， 上级火箭发动机再点火继续飞行 。 这一系列动作十分复杂 ， 对控制的要求极高 。 长征五号B运载火箭系统简单 ， 无级间分离 ， 可靠性自然就高 。
要“上得去”并“送得准”
一级半直接入轨虽然“简单粗暴” ， 要实现却不容易 ， 需要满足两个基本条件：推力够大“上得去”、精确入轨“送得准” 。
长征五号B运载火箭未来将承担空间站舱段运送任务 ， 是我国近地轨道运载能力最大的火箭 。 它的底气来源于我国为新一代运载火箭研制的2款发动机 ， 充分发掘了液氧煤油发动机大推力、氢氧发动机高比冲的优势 。
该火箭的4个助推器配置了共8台YF-100液氧煤油发动机 ， 地面推力可达9600千牛 。 这样的推力能让火箭点火后获得较大加速度 。 火箭一级配置的2台YF-77氢氧发动机具备高比冲的特点 ， 能使火箭以较少燃料获得较大推力 。 但对于一级半火箭来说 ， 没有上面级进行轨道修正 ， 如何保证入轨精度？
为此 ， 火箭研制团队研发了大推力直接入轨技术 。 该技术能在火箭点火之后 ， 依靠先进的制导技术 ， 不断调整火箭弹道 ， 直奔目标而去 。 为了实现“自动驾驶” ， 研制团队在长征五号B运载火箭上创新运用了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 。
同时 ， 长征五号B运载火箭还运用了大直径舱箭分离技术 。 未来实施空间站发射任务时 ， 当火箭把空间站舱段送到预定位置 ， 两者就要分离 。 空间站舱段重达20多吨 ， 和火箭连接接口直径超过4米 ， 分离时稍有磕碰或“较劲” ， 都有可能出现损伤 。 研制团队围绕降低和改善冲击环境开展专题攻关 ， 采用“隔冲框＋阻尼盒”的降冲击方案 ， 并应用“颗粒阻尼技术” ， 以实现减振降噪效果 ， 让火箭上的“乘客”在“到站”后 ， 能够安全“下车” 。
整流罩不止于大
长征五号B运载火箭身上还有多项国内首创的黑科技 ， 比如整流罩 。
整流罩是运载火箭的重要组成部分 ， 用于保护卫星或其他有效载荷免受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响 。 长征五号B运载火箭拥有目前我国最长最大的整流罩 ， 整流罩长达20.5米 ， 相当于6层楼高 ， 直径达到5.2米 。 如此宽敞的空间 ， 是为发射空间站核心舱和实验舱量身打造的 。
为了改善气动特性 ， 该整流罩采用了冯·卡门曲线外形 。 冯·卡门曲线是一种非线性曲线 ， 可以更好地减小空气阻力 ， 减轻载荷所受影响 。 但如此外形的整流罩 ， 展开之后并不是一个平面 ， 而是立体的 ， 制造难度高于传统的锥形整流罩 。


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