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空间站|送空间站核心舱“天和”入轨的，为何是“胖五”B火箭？

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新京报讯（采访人员 李玉坤）4月29日 ， 由中国航天科技集团有限公司一院抓总研制的长征五号B遥二运载火箭在文昌航天发射场点火升空 ， 将载人航天工程空间站天和核心舱精准送入预定轨道 ， 我国载人航天工程空间站建设首战告捷 ， 中国载人航天工程空间站建设正式拉开大幕 。

空间站|送空间站核心舱“天和”入轨的，为何是“胖五”B火箭？
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长征五号B遥二运载火箭在文昌航天发射场点火升空 。 史啸 摄
出身：为空间站建设而生
长征五号B火箭是专门为我国载人航天工程空间站建设而研制的一型新型运载火箭 ， 于2020年5月5日成功首飞 。 长征五号B遥二火箭发射空间站核心舱 ， 是长征五号B火箭的首次应用性发射 。
据航天科技集团一院长征五号系列火箭总指挥王珏介绍 ， 长五B火箭是我国首型“一级半”火箭 ， 是目前近地轨道运载能力最大的运载火箭 ， 代表了我国运载火箭技术的最高水平 ， 近地轨道运载能力不低于22吨 ， 是个不折不扣的“大力士” 。
长征二号F运载火箭系统、长征七号运载火箭系统以及长征五号B运载火箭系统 ， 均由中国航天科技集团研制 ， 是目前载人航天工程中的三大运载火箭系统 。
长征五号B运载火箭主要完成载人空间站核心舱及两个实验舱的发射任务；长征七号运载火箭主要用于发射天舟货运飞船 ， 为空间站和航天员运送物资；长征二号F运载火箭主要负责将航天员乘坐的神舟飞船送往空间站 。 据悉 ， 空间站各舱段和货运飞船将在中国文昌航天发射场发射 ， 神舟载人飞船将在中国酒泉卫星发射中心发射 。
外观：“膀阔腰圆” ， 超长整流罩
长五B芯级采用5米直径 ， 捆绑4个3.35米直径的助推器 ， 全箭总长约53.66米 ， 起飞质量约849吨 ， 起飞推力约1068吨 ， 近地轨道运载能力25吨级 。
从外观上看 ， 长五B的个子比长五矮一点 ， 但是“头部”比长五要大了许多 ， 因为有一个特别大的整流罩 。
长五B整流罩长20.5米 ， 直径5.2米 ， 有6层楼那么高 ， 是迄今为止我国最大的火箭整流罩 。 整流罩采用流线型的冯·卡门曲线外形 ， 可以更好地减小空气阻力 ， 减轻载荷影响 ， 分离也更安全可靠 。
这是为了发射载人航天工程空间站核心舱和实验舱而专门设计的 ， 可以说是“私人定制” 。 巨大的整流罩能很好地保护核心舱 ， 让它在飞行过程中像“坐沙发”一样舒服 。
整流罩由端头、冯卡门锥段、组合前柱段、后柱段和转接框组成 ， 整流罩的可靠分离成为摆在研制人员面前的一关 。 研制人员开展了分多次仿真分析、分离试验 ， 采用弹性整流罩分离仿真技术、大型整流罩地面分离试验技术 ， 解决了这个难题 。 另外 ， 整流罩部位的气动加热作用也更明显 ， 特别是安装在整流罩附近的火工品所处的环境也更热了 ， 对火工品提出新的考验 ， 为此专门开展了相关分析研究和试验工作 。
“神技”：一级半直接入轨
长征五号B火箭由航天一院抓总研制 ， 采用一级半构型 ， 是目前世界在役火箭中唯一一款一级半直接入轨的火箭 。 火箭系统简洁 ， 所有发动机的点火都在地面完成 ， 也无需进行级间分离、高空发动机启动等动作 ， 降低了故障发生的概率 ， 可靠性提升 。
要实现一级半入轨 ， 对火箭的发动机是个考验 。 长征五号B火箭助推器配置液氧煤油发动机 ， 一级火箭配置氢氧发动机 。 前者具有推力大的特点 ， 让火箭点火后获得较大的加速度 ， 后者具有高比冲的优势 ， 可以为火箭提供高效的速度增量 。
“氢氧和液氧煤油两种发动机组合形成的‘基因’ ， 决定了能够构造出一级半直接入轨的火箭 ， 而且火箭的固有可靠性天生就高 。 ”长征五号B火箭总体副主任设计师李平岐说 。
长五B火箭特有的“大推力直接入轨精度控制” ， 则对箭上控制系统提出新挑战 。 “就好比一辆正在行驶的汽车 ， 当它速度很慢时 ， 踩一脚刹车就能很容易停到指定位置 ， 然而当它速度很快时 ， 这就变得很难 。 ”12所长五B火箭姿控系统副主任设计师张宇说 ， “更何况长五B火箭采用两台大推力氢氧发动机直接送载荷入轨 ， 没有单独的调姿和末速修正系统 ， 如果再采用传统的姿态控制方式很难达到精度要求 。 ”
突破：“零窗口”发射 ， 为交会对接赢得1分钟
空间站核心舱到位后 ， 实验舱Ⅰ和试验舱Ⅱ要与核心舱通过交会对接 ， 在轨进行组装 。 交会对接就好比在太空“穿针引线” ， 失之毫厘谬以千里 ， 一旦出现偏差 ， 空间站舱段就要消耗燃料来变轨 ， 满足对接要求 ， 造成能力损失 。
长征五号B火箭是低温火箭 ， 面临着低温推进剂加注问题和复杂的发射前流程 ， 实施“零窗口”发射相比常温火箭难度大得多 。
李平岐说 ， 为解决这个问题 ， 研制团队对箭上控制系统迭代制导方案进行了优化改进 ， 实现了起飞时间与预定时间的误差不超过±1分钟时 ， 火箭可以在飞行过程中修正偏差 ， 将空间站轨道舱精准送入原定目标位置 。
也就是说 ， 只要在这两分钟里点火起飞 ， 火箭到达的都是唯一的终点 ， 助力空间站舱段在太空中实现顺利“牵手” 。
对比：比长五少一个二级 ， 变轻飞更快
长五B是一个一级半火箭 ， 比长五要少一个二级 ， 但是从研制难度上看 ， 长五B这种一级半构型的火箭 ， 在我们国家尚属首次 ， 将一级火箭作为末级使用 ， 不增加姿态调整和速度修正 ， 直接将有效载荷送入轨道 。 长征五号B与长征五号相比 ， 变“轻”了 ， 火箭飞得更“快” ， 飞行时的过载也变大了 。
采访人员从航天一院了解到 ， 长征五号运载火箭与长征五号B运载火箭同属长征五号火箭系列 ， 两型火箭共享了5米大直径箭体结构研制、大推力液氧液氢发动机技术、大推力液氧煤油发动机技术、大型活动发射平台技术、系统级冗余控制技术等关键技术 ， 但两型火箭在设计、用途等方面存在很多不同 。
从构型上看 ， 长征五号运载火箭采用两级半构型 ， 由芯一级+助推器+芯二级+星罩组合体组成；长征五号B运载火箭采用一级半构型 ， 由芯一级+助推器+星罩组合体组成 。
从外观上看 ， 长征五号B运载火箭与长征五号运载火箭的最大区别在于整流罩 ， 长征五号运载火箭的整流罩长度大约12.3米 ， 而长征五号B火箭的整流罩长度达到了20.5米 ， 是我国目前最大的火箭整流罩 。
从用途上看 ， 长征五号运载火箭一般用于发射高轨道的大型卫星以及各类深空探测器 ， 例如实践二十号卫星、嫦娥五号月球探测器、火星探测器等；长征五号B运载火箭主要用于发射近地轨道的大型卫星及飞船 ， 例如载人空间站的核心舱和实验舱等 。
从运载能力上看 ， 长征五号火箭地球同步转移轨道运载能力约为14吨 ， 长征五号B火箭近地轨道运载能力约为25吨级 。
新京报采访人员 李玉坤
【空间站|送空间站核心舱“天和”入轨的，为何是“胖五”B火箭？】编辑 白爽 校对 赵琳

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