首飛成功

“點(diǎn)火！”隨著發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)01號(hào)指揮員一聲令下，文昌航天發(fā)射場(chǎng)1號(hào)塔架上的大火箭發(fā)出震天撼地般的轟鳴，隨即騰空而起，直奔蒼穹。

5月5日18時(shí)整，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭搭載新一代載人飛船試驗(yàn)船和柔性充氣式貨物返回艙試驗(yàn)艙，從文昌航天發(fā)射場(chǎng)起飛，將所搭載航天器精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道。

長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)五B火箭）首飛任務(wù)圓滿成功，迎來(lái)了空間站在軌建造階段飛行任務(wù)的“開門紅”，拉開了我國(guó)載人航天工程“第三步”任務(wù)序幕，也為后續(xù)空間站核心艙、實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

空間站建造進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段

長(zhǎng)五B火箭是為我國(guó)載人空間站工程研制的，它的首飛對(duì)后續(xù)空間站建造來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

自2011年長(zhǎng)五B火箭正式立項(xiàng)，可以說(shuō)經(jīng)歷了“十年磨一箭”的艱辛歷程。而此次首飛成功，全面驗(yàn)證了火箭總體和各系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的正確性、協(xié)調(diào)性，突破了大尺寸整流罩分離技術(shù)、大直徑艙箭連接分離技術(shù)、大推力直接入軌偏差精確控制技術(shù)等新技術(shù)，為我國(guó)空間站工程的順利實(shí)施打下了基礎(chǔ)。

長(zhǎng)五B火箭發(fā)射“主場(chǎng)”選在文昌航天發(fā)射場(chǎng)。長(zhǎng)五B火箭在2月5日運(yùn)抵文昌發(fā)射場(chǎng)后，參加了兩個(gè)重要任務(wù)，第一個(gè)是發(fā)射場(chǎng)合練，第二個(gè)就是首飛任務(wù)。

專家介紹，發(fā)射場(chǎng)合練非常重要，是完全按照正式發(fā)射狀態(tài)進(jìn)行模擬演練，只是不會(huì)真正執(zhí)行最終的點(diǎn)火指令。通過(guò)合練，可以全面驗(yàn)證空間站核心艙與運(yùn)載火箭、發(fā)射場(chǎng)等系統(tǒng)之間的配合，為之后的空間站建造任務(wù)打基礎(chǔ)。在合練階段，發(fā)射場(chǎng)、運(yùn)載火箭、空間站核心艙、航天員、空間應(yīng)用等系統(tǒng)參加。長(zhǎng)五B火箭在發(fā)射場(chǎng)完成了與空間站核心艙初樣產(chǎn)品的合練，驗(yàn)證了火箭與核心艙的電氣、機(jī)械接口，演練了核心艙發(fā)射流程。

長(zhǎng)五B火箭總設(shè)計(jì)師李東在指揮大廳工作現(xiàn)場(chǎng)。圖片| 中國(guó)航天報(bào)

“胖五”也就是長(zhǎng)征五號(hào)火箭的幾次發(fā)射，為長(zhǎng)五B火箭積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。不過(guò)長(zhǎng)五B火箭屬于首飛，有一定風(fēng)險(xiǎn)，也需要適應(yīng)發(fā)射環(huán)境。比如要考慮發(fā)射區(qū)高溫高濕及鹽霧環(huán)境對(duì)火箭產(chǎn)品的影響等。

“從1月18日合練載荷空間站核心艙進(jìn)場(chǎng)，到成功實(shí)施發(fā)射，時(shí)間跨度長(zhǎng)達(dá)109天?！蔽牟教彀l(fā)射場(chǎng)測(cè)發(fā)系統(tǒng)專家王光義說(shuō)，在此期間，發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)組織完成了火箭技術(shù)區(qū)測(cè)試、航天器測(cè)試保障等一系列工作，為發(fā)射任務(wù)圓滿成功提供支撐。

“長(zhǎng)五B火箭的首飛成功，標(biāo)志著空間站工程建設(shè)進(jìn)入了實(shí)質(zhì)階段?！敝袊?guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭總指揮王玨說(shuō)，除了本次首飛，后續(xù)我國(guó)空間站的核心艙、實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ、實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ等3個(gè)艙段都將由長(zhǎng)五B火箭送入軌道。

至此，發(fā)射載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭、發(fā)射貨運(yùn)飛船的長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭和長(zhǎng)五B火箭，將共同構(gòu)成我國(guó)空間站的天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)。

“黑科技”助運(yùn)載能力提升

長(zhǎng)五B火箭代表著目前我國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)的最高水平。它由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制。長(zhǎng)五B火箭的發(fā)射成功，進(jìn)一步奠定了長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭運(yùn)載能力在世界現(xiàn)役火箭第一梯隊(duì)中的地位。

盡管長(zhǎng)五B火箭與長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭同屬長(zhǎng)征五號(hào)系列，且是在后者基礎(chǔ)上改進(jìn)研制的，但兩型火箭在設(shè)計(jì)、用途等方面存在很多不同。

外形上，長(zhǎng)五B火箭比長(zhǎng)五“矮”約3米，輕約20噸。長(zhǎng)五B火箭的“頭部”即整流罩比長(zhǎng)征五號(hào)整流罩長(zhǎng)了近8米。從構(gòu)型上看，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭采用兩級(jí)半構(gòu)型，長(zhǎng)五B火箭采用一級(jí)半構(gòu)型。

長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭全身。圖片| 中國(guó)航天報(bào)

長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭飛天瞬間。圖片| 中國(guó)航天報(bào)

兩者使命也不同。長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭飛得遠(yuǎn)，擅長(zhǎng)跑長(zhǎng)途，主要用于發(fā)射高軌大型衛(wèi)星以及各類深空探測(cè)器，如嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器、火星探測(cè)器等;長(zhǎng)五B火箭屬短距離沖刺，主要用于發(fā)射近地軌道的大型航天器及艙段，例如空間站的核心艙和實(shí)驗(yàn)艙等。

長(zhǎng)五B火箭研制過(guò)程中進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)和創(chuàng)新，掌握了一批“黑科技”：

一是超大整流罩研制。

整流罩是運(yùn)載火箭的重要組成部分，用于保護(hù)衛(wèi)星或其他有效載荷免受氣動(dòng)力、氣動(dòng)加熱及聲振等有害環(huán)境的影響。長(zhǎng)征五號(hào)B火箭擁有目前我國(guó)最長(zhǎng)最大的整流罩，整流罩長(zhǎng)度達(dá)到20.5米、直徑5.2米，相當(dāng)于六層樓的高度，如此寬敞的空間，也是為了發(fā)射空間站核心艙和實(shí)驗(yàn)艙而量身打造的。

據(jù)了解，為了改善氣動(dòng)特性，長(zhǎng)征五號(hào)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(gè)平面，而是立體的，制造難度高于錐形整流罩。

二是驗(yàn)證“零窗口”發(fā)射技術(shù)。

“零窗口”是指發(fā)射時(shí)間范圍為零的發(fā)射窗口，也就是要求火箭必須分秒不差地點(diǎn)火升空，在發(fā)射天宮一號(hào)及北斗導(dǎo)航衛(wèi)星時(shí)都曾經(jīng)實(shí)施過(guò)“零窗口”發(fā)射。

作為未來(lái)發(fā)射空間站核心艙和實(shí)驗(yàn)艙的火箭，空間站交會(huì)對(duì)接任務(wù)對(duì)長(zhǎng)征五號(hào)B火箭提出了“零窗口”發(fā)射的需求，發(fā)射時(shí)間精度誤差要控制在1秒以內(nèi)。雖然不是第一型實(shí)施“零窗口”發(fā)射的火箭，但作為采用液氫、液氧等低溫推進(jìn)劑的“冰箭”，長(zhǎng)征五號(hào)B火箭的“零窗口”發(fā)射有著更高的技術(shù)含量和更大的技術(shù)難度，也開創(chuàng)了新一代運(yùn)載火箭“零窗口”發(fā)射的先河。

長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)師李東介紹，研制團(tuán)隊(duì)從系統(tǒng)發(fā)射可靠性提升和發(fā)射流程優(yōu)化兩個(gè)方面開展了工作。通過(guò)開展可靠性試驗(yàn)和分析工作，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵系統(tǒng)可靠性提升;通過(guò)射前流程優(yōu)化，進(jìn)一步提高了各系統(tǒng)對(duì)于“零窗口”發(fā)射的適應(yīng)性。

三是大直徑艙箭分離。

空間站艙段和長(zhǎng)征五號(hào)B火箭的連接接口直徑超過(guò)4米，“乘客”和火箭的分離不是“下車”那么簡(jiǎn)單，需要考慮可靠性、沖擊環(huán)境等多個(gè)方面的因素，既要確保安全分離，又要盡量將分離過(guò)程中出現(xiàn)的沖擊環(huán)境等不利影響降到最低，形象一點(diǎn)說(shuō)，要像把嬰兒抱出嬰兒車那般輕柔、謹(jǐn)慎地完成空間站艙段與火箭的分離。

長(zhǎng)征五號(hào)B火箭研制團(tuán)隊(duì)圍繞降低和改善沖擊環(huán)境開展了專題攻關(guān)，對(duì)多種降沖擊方案進(jìn)行比較和試驗(yàn)后，采用了“隔沖框+阻尼盒”的降沖擊方案，并應(yīng)用了“顆粒阻尼技術(shù)”。

“顆粒阻尼技術(shù)”是一種新型振動(dòng)被動(dòng)控制技術(shù)，通過(guò)顆粒體和阻尼器構(gòu)成一個(gè)耦合、封閉的非線性系統(tǒng)，依靠摩擦和非彈性碰撞，迅速地耗散動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)減振降噪的效果。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)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(guò)程中感受到火箭的“溫柔”。

四是大推力直接入軌。

作為一級(jí)半構(gòu)型的火箭，長(zhǎng)征五號(hào)B火箭沒(méi)有單獨(dú)的調(diào)姿和末速修正系統(tǒng)，而是利用一級(jí)火箭直接將有效載荷送入預(yù)定軌道。在一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，約140噸的推力在幾秒鐘之內(nèi)消失，相當(dāng)于一列高速行駛的火車突然“剎車”，還要穩(wěn)穩(wěn)?？吭谥付ㄎ恢谩?/p>

為了滿足入軌精度、分離安全等方面的更高要求，研制團(tuán)隊(duì)開展了入軌姿態(tài)控制、入軌精度控制、分離安全控制等方面的技術(shù)攻關(guān)。

李東介紹，通過(guò)采用姿態(tài)控制增益優(yōu)化和復(fù)合制導(dǎo)方法，提高了火箭姿態(tài)控制精度，降低了制導(dǎo)誤差對(duì)精度的影響，使火箭在分離時(shí)處于最佳“姿態(tài)”和最準(zhǔn)位置。同時(shí)，設(shè)置了兩枚離軌火箭，使火箭一級(jí)箭體可以及時(shí)避開空間站艙段的軌道面，提高了艙箭分離的安全裕度。

由此，長(zhǎng)征五號(hào)B火箭成為第一型只靠助推及一級(jí)飛行就能實(shí)現(xiàn)有效載荷精確入軌的火箭。

整流罩轉(zhuǎn)運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)。圖片| 中國(guó)航天報(bào)

按計(jì)劃，我國(guó)空間站將在2022年前后建成，可望在近地軌道在軌飛行10年以上，支持開展大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、技術(shù)試驗(yàn)和空間應(yīng)用等活動(dòng)，成為國(guó)家級(jí)的太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

后續(xù)將發(fā)射核心艙和實(shí)驗(yàn)艙

伴隨長(zhǎng)五B火箭首飛成功，新一代載人飛船試驗(yàn)船和柔性充氣式貨物返回艙試驗(yàn)艙也進(jìn)入人們的視線。新一代載人飛船試驗(yàn)船，是面向我國(guó)空間站運(yùn)營(yíng)及未來(lái)載人探月需求而研發(fā)的新一代天地往返運(yùn)輸器。中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)空間技術(shù)研究院航天專家介紹，新一代載人飛船具備高安全、高可靠、適應(yīng)多任務(wù)和模塊化設(shè)計(jì)特點(diǎn)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一次可運(yùn)載6名航天員，以及返回艙的多次可重復(fù)使用。由于新一代載人飛船將同時(shí)兼顧近地軌道任務(wù)和更遠(yuǎn)的深空探測(cè)，對(duì)飛船的結(jié)構(gòu)和防熱性能會(huì)帶來(lái)更大的考驗(yàn)。

“新一代載人飛船和神舟飛船、天舟貨運(yùn)飛船不是替代關(guān)系，而是互相補(bǔ)充。就像馬路上既有貨車又有客車還有客貨兩用車一樣，新一代載人飛船豐富了天地往返運(yùn)輸工具的選擇，可以根據(jù)任務(wù)需求個(gè)性化選擇。”專家解釋，此次新一代載人飛船試驗(yàn)船尚處技術(shù)試驗(yàn)階段，不載人，是通過(guò)在軌運(yùn)行幾天，驗(yàn)證一系列飛船關(guān)鍵技術(shù)。此后，飛船將轉(zhuǎn)入全系統(tǒng)的研制和功能驗(yàn)證，為未來(lái)的載人飛行做準(zhǔn)備。

中國(guó)航天科工集團(tuán)二院專家介紹，柔性充氣式貨物返回艙試驗(yàn)艙是一種新型空間運(yùn)輸飛行器，它具備著陸緩沖一體化設(shè)計(jì)、下行載荷比高、搭載接口可擴(kuò)展等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，在滿足多種天地往返需求、提供搭載平臺(tái)及下行服務(wù)等方面具有很好的應(yīng)用前景。這次由長(zhǎng)五B火箭運(yùn)送至空間軌道，是為了驗(yàn)證充氣展開、柔性防熱、柔性體飛行器的氣動(dòng)力熱環(huán)境及再入返回等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)?？臻g站建造成功拉開序幕，人們對(duì)空間站有了更多期待。按計(jì)劃，我國(guó)空間站將在2022年前后建成，可望在近地軌道在軌飛行10年以上，支持開展大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、技術(shù)試驗(yàn)和空間應(yīng)用等活動(dòng)，成為國(guó)家級(jí)的太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

根據(jù)飛行任務(wù)規(guī)劃，空間站工程分為關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證、建造和運(yùn)營(yíng)3個(gè)階段實(shí)施。據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室副主任林西強(qiáng)介紹，為建造空間站，一共規(guī)劃12次飛行任務(wù)。此次任務(wù)后，將先后發(fā)射天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，進(jìn)行空間站基本構(gòu)型的在軌組裝建造;規(guī)劃發(fā)射4艘神舟載人飛船和4艘天舟貨運(yùn)飛船，進(jìn)行航天員乘組輪換和貨物補(bǔ)給。目前，執(zhí)行空間站建造階段4次飛行任務(wù)的航天員乘組也已經(jīng)選定，正在開展任務(wù)訓(xùn)練。我國(guó)第3批預(yù)備航天員選拔工作也將于今年年中完成。

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