長徵五號B運載火箭首飛成功 我國首個一級半構型火箭,到底強在哪?

2021-01-07 新華網客戶端

(視頻來源:央視新聞)

原標題:長徵五號B運載火箭首飛成功 我國載人航天工程「第三步」任務開啟

新華社海南文昌5月5日電(李國利、肖建軍)為我國載人空間站工程研製的長徵五號B運載火箭5日在海南文昌首飛成功,正式拉開我國載人航天工程「第三步」任務的序幕。

5月5日,為我國載人空間站工程研製的長徵五號B運載火箭在海南文昌首飛成功,正式拉開我國載人航天工程「第三步」任務的序幕。 新華社發(屠海超 攝)

椰風拂碧海,神箭衝九霄。5日18時0分,長徵五號B搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙,從文昌航天發射場點火升空。約488秒後,載荷組合體與火箭成功分離進入預定軌道,我國空間站階段的首次飛行任務告捷。

長徵五號B以長徵五號運載火箭為基礎改進研製而成,主要承擔著我國空間站艙段等重大航天發射任務。長徵五號B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,採用無毒無汙染的液氧、液氫和煤油作為推進劑,起飛質量約849噸,近地軌道運載能力大於22噸,是目前我國近地軌道運載能力最大的火箭。

建設具有國際先進水平的空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題,是我國載人航天工程「三步走」發展戰略中第三步的任務目標。據介紹,長徵五號B首飛成功,驗證了火箭總體方案、各分系統方案的正確性、協調性,突破了大尺寸整流罩分離技術、大直徑艙箭連接分離技術、大推力直接入軌偏差精確控制技術等一批新技術,為我國空間站在軌建造任務奠定了重要基礎。

這次任務正值新冠肺炎疫情肆虐蔓延之際,工程全線堅決貫徹黨中央關於統籌推進疫情防控和經濟社會發展的決策部署,採取封閉式管理、遠程化會診、全系統協同等方式,精簡人員規模、優化測試流程、嚴格疫情防控。面對長徵七號甲和長徵三號乙運載火箭發射失利帶來的嚴峻考驗,工程全線深入開展質量整頓,高質量完成故障剝離和舉一反三工作。針對此次任務準備期間發生的質量問題,嚴格按「雙五條」歸零標準,既抓技術問題歸零又抓思想問題歸零,既走專家路線又走群眾路線,既重技術改進提高又重管理責任強化,確保了任務進度與質量的有機統一。

1992年,黨中央作出實施載人航天工程「三步走」發展戰略。經過20多年獨立自主發展和接續奮鬥,已先後組織實施16次重大飛行任務,實現11名航天員共14人次太空飛行和安全返回,圓滿完成第一步、第二步全部既定任務。

這次發射的運載火箭及搭載的試驗船和試驗艙,分別由中國航天科技集團有限公司所屬的中國運載火箭技術研究院和中國空間技術研究院、中國航天科工集團有限公司所屬的第二研究院抓總研製。

這是長徵系列運載火箭的第331次飛行。

延伸閱讀

今天(5月5日)18時00分,長徵五號B運載火箭在我國文昌航天發射場首飛成功,揭開了我國載人航天空間站建設的大幕。長徵五號B火箭,是我國首個一級半構型火箭。那麼,什麼是火箭構型?長五B火箭一級半構型具體「強」在哪?

知識背景

火箭都有哪些構型?

一般來說,火箭分單級火箭和多級火箭兩類;

其中多級火箭又分串聯式、並聯式、混合式三種聯結方式。

單級火箭一步到位

所謂單級火箭,是只靠一級發動機點火就直接將載荷送到預定位置,一步到位。目前我國長徵火箭中還沒有純粹意義上的一級火箭。本次首飛成功的長徵五號B火箭,在一級上捆綁了四個助推器,我們一般把助推器算作半級,所以,長五B火箭算「一級半」火箭。

多級火箭步步接力

多級火箭最大的特點是有良好加速性能,火箭點火後,最下面一級的燃料開始燃燒,燃料燃燒完後,發動機關機,發動機和儲存燃料的箱體就會從箭體上分離,從而使火箭「輕裝前行」。目前,我國火箭多採用多級形式,比如,長徵二號F運載火箭和長徵七號火箭都是二級半構型火箭。

△長二F火箭資料圖

△長徵七號火箭資料圖

知識點

火箭級數越多越好?

NO。級數多了,控制起來就會更複雜。所以,多級火箭一般不超過四級。我國現役火箭,級數最多的是長徵十一號固體運載火箭,有四級。

知識點

多級火箭的聯結方式

串聯:多級火箭好像竹竿一樣串在一起,串聯火箭空氣阻力往往會較小。

並聯:多級火箭並排捆綁在一起,這在助推器中較為常見。

混合式:既有串聯、又有並聯。長徵五號火箭就是採用四個助推器和一子級並聯捆綁,一子級又和二子級串聯的方式。

看圖考考自己↓↓↓

△長徵五號火箭資料圖

實際上,真正設計一款火箭的構型的時候,需要考慮的因素是非常多的,對火箭的運載能力、結構強度、材料選擇、速度控制等都需要極為精確的計算和試驗。

長五B豐富和完善我國火箭構型

我國航天經過60多年發展,已經掌握了一系列技術:

從常溫到低溫

從串聯到並聯

從載物到載人

從液體到固體

從陸地到海上

等等

形成了較為完備的火箭系列,長五B一級半構型進一步豐富了我國火箭構型。

知識背景

長徵系列火箭按構型分類

兩級火箭:長徵二號、長徵二號丙、長徵二號丁

兩級半火箭:長徵二號捆、長徵二號F、長徵五號、長徵七號

三級火箭:長徵一號、長徵三號、長徵三號甲、長徵四號系列、長徵六號

三級半火箭:長徵三號乙/丙

四級火箭:長徵十一號(固體)

一級半火箭:長徵五號B

△我國第一型一級半構型火箭長徵五號B示意圖

長徵一號

我國於1970年4月24日發射的第一枚火箭,長徵一號,就是一枚三級串聯火箭,其後於1974年首飛的長徵二號,1975年首飛的「金牌火箭」長徵二號丙,都是多級串聯的火箭。

長徵二號捆

我國第一枚並聯式捆綁式火箭是1990年首飛成功的長徵二號捆運載火箭,該型火箭使我國首次突破助推火箭的並聯捆綁技術。其後的長徵二號F、長三乙、長三丙、長五、長七等火箭都捆綁了助推器。

長徵十一號

我國第一枚固體運載火箭則是長徵十一號火箭,該火箭2015年在酒泉首飛,2019年在我國黃海海域完成了我國首次海上發射技術試驗,使我國成為第三個掌握海上發射技術的國家。

長五B火箭一級半構型有多強?

火箭級間分離時,下級發動機關機,級間分離火工品工作使兩級分開,同時,為避免分開的兩級發生「追尾」和「碰撞」,側推小火箭或反推小火箭點火,使分離開的兩級隔開一段安全距離,之後上級發動機再點火,上級火箭才能繼續加速飛行。這個過程控制非常複雜,因此級數越少分離次數就越少,發生故障的概率也就越低。長五B火箭一級半直接入軌,有效減少分離次數,所以可靠性大大提升。

△轉運中的長徵五號B遙一運載火箭

兩大新技術保障長五B火箭運載能力

長五B火箭是我國現役火箭中低軌運載能力最大的火箭,而空間站艙段重量和體積還要比一般的衛星大得多。火箭級數少了,怎樣保障火箭的運載能力不降低呢?這就依靠長五B火箭新的兩大技術保障——大推力直接入軌技術和大直徑艙箭分離技術。

大推力直接入軌技術

在火箭點火之後,依靠更先進的制導技術,不斷調整火箭彈道,直奔目標而去。就好比籃球投出去之後,自己能按照籃筐位置、球場風速、氣流和溫度等的變化,不斷修正自己的前進軌跡,直奔籃筐而去。其實,這在原理上有點像汽車的自動駕駛技術,只是,長五B這輛「汽車」,重達數百噸、時速不可估量,要做到「自動駕駛」可不容易。長五B火箭創新運用姿態控制增益優化和複合制導方法,從而提高了火箭姿態控制精度。

大直徑艙箭分離技術

當長五B火箭把空間站艙段送到預定位置後,艙段就需要與火箭分離,也就是「到站下車」,要讓十數噸重的空間站艙段安全「下車」絕非易事。就好比在兩輛高速行駛的高鐵上,傳遞嬰兒一樣,既要確保安全分離、順利交接,又要將過程中出現的衝擊環境降到最低,以免「磕碰」到嬰兒。要知道,空間站艙段和長五B火箭的連接接口直徑超過4米,任何一個地方稍稍「較點勁」都有可能「撞出內傷」。為此,研製團隊圍繞降低和改善衝擊環境開展了專題攻關,採用了「隔衝框+阻尼盒」的降衝擊方案,並應用「顆粒阻尼技術」,實現減振降噪的效果。

長徵五號B運載火箭是專門為載人航天工程空間站建設而研製的一型新型運載火箭,火箭的首飛成功,標誌著空間站工程建設進入了實質階段。後續,長五B運載火箭還將擔當起發射空間站核心艙和實驗艙的重任,為中國航天搭建更大舞臺。(央視新聞記者丨賈智雲 姜哲 喬全興)

綜合自:新華社、央視新聞客戶端、央視新聞微博

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