揭秘:中国空间站“专属列车”四大亮点
北京日报客户端 | 记者 张航 通讯员 姜哲

2020-05-05 18:28

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作为我国载人航天工程空间站建设的主力火箭,长征五号B运载火箭代表了我国运载火箭技术的最高水平。为了当好运送空间站舱段的“专属列车”,在充分继承长征五号火箭优秀“基因”的基础上,长征五号B火箭身上还有许多首创的航天科技亮点,是长征火箭家族中无可替代的“团宠”。

立于发射塔架的长征五号B火箭。史啸摄

亮点一:超大整流罩——不止于大

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火箭拥有目前我国最长最大的整流罩,整流罩长度达到20.5米、直径5.2米,相当于六层楼的高度,如此宽敞的空间,也是为了发射空间站核心舱和实验舱而量身打造的。

为了改善气动特性,长征五号B火箭整流罩采用流线型的冯·卡门曲线外形,可以更好的减小空气阻力,减轻载荷影响。同时整流罩分离采用了旋转式分离方案,确保超大整流罩可以安全、可靠的实现分离。

亮点二:验证“零窗口”发射技术——获取新技能

长征五号B火箭是我国首个实施“零窗口”发射的低温火箭。所谓火箭发射窗口,是指允许火箭发射的时间范围,一般是根据卫星或飞船入轨要求以及多种限制条件综合权衡后确定。 “零窗口”要求火箭必须分秒不差的点火升空。

为了满足空间站交会对接的要求,长征五号B火箭需要做到“零窗口”发射,将发射时间误差控制在1秒以内。这就要求火箭各系统在点火前提前做好准备。但由于低温推进剂加注后会不停的“蒸发”消耗,因此发射准备好并不是越早越好。因此,长征五号B火箭需要综合权衡好“提前量”和低温推进剂“蒸发”的“消耗量”的关系。

长征五号B运载火箭总设计师李东表示,研制团队从发射可靠性提升和发射流程优化两个方面开展了科技攻关,通过可靠性分析和试验,实现了关键系统可靠性提升;通过射前流程优化,提高了各系统对“零窗口”发射的适应性。

亮点三:大直径舱箭分离——以“柔”克刚

空间站舱段和长征五号B火箭的连接接口直径超过4米,“乘客”和火箭的分离不是“下车”那么简单,需要考虑可靠性、冲击环境等多个方面的因素,既要确保安全分离,又要尽量将分离过程中出现的冲击环境等不利影响降到最低,形象一点说,要像把婴儿抱出婴儿车那般轻柔、谨慎的完成空间站舱段与火箭的分离。

为此,长征五号B火箭研制团队围绕降低和改善冲击环境开展了专题攻关,对多种降冲击方案进行比较和试验后,采用了“隔冲框+阻尼盒”的降冲击方案,并应用了“颗粒阻尼技术”,迅速地耗散动能,实现减振降噪的效果。经过试验验证,舱箭分离界面的分离得到有效改善,空间站舱段可以在“下车”过程中感受到火箭的“温柔”。

亮点四:大推力直接入轨——“一步登天”

作为一级半构型的火箭,长征五号B火箭没有单独的调姿和末速修正系统,而是利用一级火箭直接将有效载荷送入预定轨道。为了确保飞船入轨的精准、安全,火箭在一级飞行段需要面对入轨精度、分离安全等方面的更高要求和更大挑战。

面临新的难题和挑战。研制团队从入轨姿态控制、入轨精度控制、分离安全控制三个方面开展了攻关。通过采用姿态控制增益优化方法,提高了火箭姿态控制精度;通过采用多方法联合的复合制导方案,有效降低了制导误差对精度造成的影响,帮助火箭在分离时处于最佳“姿态”和最准位置。

同时,为了提高舱箭分离后的安全裕度,增加了2枚离轨火箭,确保舱箭分离后,火箭一级箭体可以避开空间站舱段的轨道面。经过仿真分析、系统综合实验、半实物仿真试验等考核评估,大推力直接入轨精度控制和分离安全控制技术的有效性得到了验证,长征五号B火箭成为第一型只靠助推及一级飞行就能实现有效载荷精确入轨的火箭。


编辑:田超

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