5月5日，長征五號B運載火箭搭載新一代載人飛船試驗船成功首飛。長征五號B運載火箭，是我國首個一級半構型的大型運載火箭，主要用于近地軌道大型航天器發(fā)射，承擔著我國載人空間站艙段等重大航天發(fā)射任務。
長征五號B運載火箭是在長征五號運載火箭基礎上改進研制的新型火箭，根據空間站任務要求新研制了大型整流罩，并對全箭進行了適應性改造。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，采用無毒無污染的液氧、液氫和煤油作為推進劑，起飛質量約849噸，近地軌道運載能力不小于22噸。
我國新一代載人飛船將同時兼顧近地軌道任務和更遠的深空探測。研制團隊采用了全新的防熱材料和防熱結構，耐熱能力相當于神舟飛船的3~4倍。在返回再入控制上，也會保證落點精度、保證過載不超過航天員的承受范圍。此次發(fā)射還將驗證更加安全的“群傘+氣囊”著陸方式，以及飛船可重復使用的相關技術。新一代載人飛船將力爭實現(xiàn)返回艙可重復使用10次，并逐步降低成本。
新一代載人飛船試驗船是為我國近地空間站運營和后續(xù)載人月球探測等任務研制，全長8.8米，發(fā)射質量21.6噸，具備高安全、高可靠、適應多任務和模塊化設計特點，主要用于驗證氣動熱防護、再入控制和群傘減速回收等關鍵技術。
此次發(fā)射是長征五號B火箭的首飛，其中采用的四個黑科技引人矚目。
黑科技一：超級整流罩
長征五號B火箭擁有目前我國最長最大的整流罩，整流罩長度達到20.5米、直徑5.2米，可以輕松的將10枚捷龍火箭裝入其中。如此寬敞的空間，也是為了發(fā)射空間站核心艙和實驗艙而量身打造的。
在發(fā)射過程中，整流罩用于保護衛(wèi)星或其他有效載荷免受氣動力、氣動加熱及聲振等有害環(huán)境的影響。
據長征五號B運載火箭總設計師李東介紹，長征五號B火箭整流罩采用流線型的馮·卡門曲線外形，可以更好地減小空氣阻力，減輕載荷影響。馮·卡門曲線是一種非線性曲線，按照馮·卡門曲線制造的整流罩展開之后并不是一個平面，而是立體的，制造難度高于錐形整流罩。
作為我國長度最長、重量最重的整流罩，另一個技術難點在于如何做到安全可靠的分離。李東說，經過多方案比較，最終確定了采用旋轉式分離方案，通過大量的仿真分析、預示，對整流罩分離方案進行評估，并多次開展了整流罩分離試驗，有效驗證了設計正確性和各系統(tǒng)接口協(xié)調性。
黑科技二：零窗口發(fā)射
火箭發(fā)射窗口是指允許火箭發(fā)射的時間范圍，一般是根據衛(wèi)星或飛船入軌要求以及多種限制條件綜合權衡后確定的。比如，衛(wèi)星的軌道精度要求、地球與行星的相對位置要求等等。
作為未來發(fā)射空間站核心艙和實驗艙的火箭，空間交會對接任務對長征五號B火箭提出了“零窗口”發(fā)射的需求，發(fā)射時間精度誤差要控制在1秒以內。
李東說，雖然不是第一型實施“零窗口”發(fā)射的火箭，但作為采用液氫、液氧等低溫推進劑的“冰箭”，長征五號B火箭的“零窗口”發(fā)射有著更高的技術含量和更大的技術難度，也開創(chuàng)了新一代運載火箭“零窗口”發(fā)射的先河。
黑科技三：“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”那么簡單，需要考慮可靠性、沖擊環(huán)境等多個方面的因素，既要確保安全分離，又要盡量將分離過程中出現(xiàn)的沖擊環(huán)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、謹慎完成空間站艙段與火箭的分離。
據李東介紹，中國航天科技集團一院長征五號B火箭研制團隊圍繞降低和改善沖擊環(huán)境開展了專題攻關。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”。
黑科技四：“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(tǒng)，而是利用一級火箭直接將有效載荷送入預定軌道——可謂是“一步登天”。
李東說，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(zhàn)。面臨新的難題和挑戰(zhàn)，中國航天科技集團一院研制團隊從入軌姿態(tài)控制、入軌精度控制、分離安全控制三個方面開展了攻關工作。
據他介紹，經過仿真分析、系統(tǒng)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一級飛行就能實現(xiàn)有效載荷精確入軌的火箭。
