新晉“胖五”成員有多牛?

發布時間:2020-05-07 點擊:2365次

2020年5月5日,為我國載人空間站工程研制的長征五號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。

巡天攬月,劍指蒼穹。5月5日18時00分,長征五號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,從海南文昌航天發射場點火升空。約488秒后載荷組合體與火箭成功分離進入預定軌道,我國空間站階段首次飛行任務告捷。

長征五號B火箭運送的載荷質量約22噸,這是中國乃至亞洲火箭首次發射超過20噸的航天器,進一步奠定了長征五號系列火箭在世界現役火箭運載能力第一梯隊中的地位。

其首飛任務的圓滿成功拉開了空間站在軌建造階段飛行任務序幕。中國空間站將于2022年前后完成建造,還將設有共軌飛行的光學艙,10年內可完成對大范圍天體的巡天探測。

而本次載荷中的新一代載人飛船試驗船是新一代載人飛船的“試驗版”。新一代載人飛船相當于“太空巴士”,未來在執行近地軌道任務時可一次運送6-7名航天員,還可以根據任務需求變成“太空貨車”,返回艙未來可重復使用。

“瘦”了近20噸的“大頭兄弟”,主攻空間站艙段發射

長征五號B火箭由中國航天科技集團所屬中國運載火箭技術研究院(一院)抓總研制,主要用于我國空間站艙段等重大航天發射任務?;鸺L約53.7米,相當于18層樓高,起飛質量約849噸,近地軌道運載能力達25噸級。

長征五號系列運載火箭主要包括長征五號和長征五號B兩型火箭。兩兄弟火箭一樣“胖”,芯一級直徑均為5米,捆綁4個直徑3.35米的助推器。

不過,最直觀的區別是構型和高度不同。長征五號B的整流罩比長征五號更大,這個“大腦袋”長20.5米,直徑5.2米,根據空間站任務要求新研制而成,是我國最大的整流罩,足以把10多米長、4米多粗的空間站核心艙裝進去。

相對于長征五號,長征五號B火箭矮了3米左右,減少了二子級和級間段,是我國首型“一級半”火箭,其中“半級”來自于助推器。

多一級的長征五號擅長“跑長途”,能將“乘客”送往36000公里高的地球同步軌道、38萬公里外的月球以及最近距離也要數千萬公里的火星。

少一級的長征五號B則是一個“短跑健將”,雖然比長征五號“瘦”了近20噸,但它專注于將“乘客”送到地球附近200-400公里左右的軌道,那里是我國空間站建設的主戰場。

目前,我國火箭多采用多級形式,如兩級火箭長征二號、兩級半火箭長征二號F、三級火箭長征三號甲、三級半火箭長征三號乙、四級火箭長征十一號。

而長征五號B火箭是我國現役運載火箭中唯一一款直接入軌的火箭。相比多級火箭的“接力”,它從點火到入軌一氣呵成,不僅豐富了我國新一代運載火箭型譜,無級間分離的特性也提升了系統可靠性。

同一個“心臟”不同工況,“冰箭”發動機壓力大起大落

只用“一級半”,長征五號B火箭就能把近22噸重的航天器送上天,使我國成為極少數掌握“一級半”火箭大推力直接精確入軌技術的國家之一,這得益于采用氫氧推進劑的芯一級和采用液氧煤油推進劑的助推器合理搭配。而芯一級的兩臺大推力氫氧發動機,又直接影響著航天器的最終入軌。

在相同的發射重量下,火箭發動機的比沖越高,火箭的運載能力就越強。氫氧發動機的比沖可謂傲視群雄,但其研制難度也極高。作為同樣采用液氫液氧等低溫推進劑的“冰箭”,長征五號B火箭所承擔任務的特殊性,對芯一級的大推力氫氧發動機提出了更高要求。

“零窗口”是指發射時間范圍為零的發射窗口,它要求火箭必須分秒不差地點火升空。載人航天工程中的交會對接任務在時間上不能有絲毫誤差,否則可能失之交臂。

長征五號B火箭芯級使用的氫氧發動機必須確保預冷等發射前工作環環相扣、步步流暢,不耽誤發射窗口,以免導致耗費更大的代價調整軌道。

同時,長征五號B火箭比長征五號火箭更輕,但起飛推力與長五火箭相同。用同樣的勁向上提更輕的東西,加速度自然更快。而在助推器分離后,火箭加速度又瞬間達到最低。

中國航天科技集團六院長五火箭副總設計師王維彬說,發動機的入口面對過山車一樣大起大落的壓力,給發動機的穩定、可靠工作帶來巨大挑戰。

為了應對這些挑戰,氫氧發動機研制隊伍通過大量的研究改進與試驗驗證,將這些難點逐一攻克,進一步提高發動機工作的可靠性與穩定性。此外,地面設備等系統采用的遠程操作方法,也保證了發動機預冷等環節安全順利推進。

一船多用的天地往返“太空巴士”,未來返回艙可重復使用

此次發射成功的長征五號B火箭搭載了新一代載人飛船試驗船、柔性充氣式貨物返回艙試驗艙以及10余項實驗載荷。中國載人航天工程辦公室主任助理季啟明介紹,按照飛行程序,試驗艙和試驗船完成在軌試驗后,計劃分別于5月6日和5月8日返回東風著陸場。

總裝現場

柔性充氣式貨物返回艙試驗艙由中國航天科工集團有限公司第二研究院抓總研制,是我國新型空間運輸飛行器的試驗器,本次任務將對充氣展開式返回飛行器軌道再入關鍵技術進行驗證。

新一代載人飛船試驗船是新一代載人飛船的“試驗版”,由中國航天科技集團旗下中國空間技術研究院(五院)抓總研制。飛船高近9米,身體最“胖”處直徑約4.5米,體重超20噸。此次飛行試驗任務將對試驗船高速再入返回防熱、控制和群傘回收相關關鍵技術進行飛行驗證。

“我們主要是用這艘試驗船來驗證今后的一些關鍵的技術。比如再入防熱技術,和神舟飛船相比,(這次)我們將把試驗船送到一個更高的軌道上,讓它以更高的速度再入(大氣層),以檢驗防熱技術?!敝袊d人航天工程總設計師周建平表示。

此外,“神舟飛船有一頂1200平方米的減速傘,本次試驗船將有三頂這樣大小的傘,怎么可靠安全地打開這三頂傘,也是這次要驗證的群傘回收技術?!?/span>

測試現場

自1992年啟動載人航天工程以來,我國形成了以神舟飛船、空間實驗室、貨運飛船為支撐的多類航天器,為正式啟動空間站建設打下基礎。

新一代載人飛船是全面升級的天地往返交通工具,可一船多用,既可以應用在近地軌道,支撐我國空間站建設,還能勝任載人登月等更遙遠深空的探測重任,更具備著“運人 運貨”的強大本領。

如果把神舟飛船比作航天員專屬的“太空專車”,那么新一代載人飛船就是“太空巴士”,未來在執行近地軌道任務時,可一次運送6-7名航天員,是神舟飛船承載能力的兩倍。

它還可以根據任務需求,從“太空巴士”變成“太空貨車”,為空間站運送大量補給物資,或把航天工程師在空間站所做的試驗樣品帶回地球。

振動測試

為了讓新一代載人飛船身兼多能,中國空間技術研究院提出基于模塊化設計的新一代載人飛船總體設計方案,將飛行功能需求“合并同類項”,構建“返回艙 服務艙”的兩艙新構型。

新構型把因任務不同而性能指標各異的電源、推進、燃料資源等分系統集成到服務艙內,實現統一的返回艙配置不同的服務艙模塊,滿足多任務需求目標,大大縮短研制周期,還能以批量化模式降低研制成本。

而返回艙是整船的指令中心,也是航天員生活居住的地方。相比神舟飛船的鐘型設計返回艙,新一代載人飛船的返回艙是倒錐型鈍頭體氣動外形設計,倒錐型空氣升力更大,能在以第二宇宙速度高速返回時依靠空氣阻力減速,更加平穩、精準落地。

新一代載人飛船的返回艙被設計成可重復使用。星敏感器、計算機等高價值設備經過優化設計由服務艙調整至返回艙安裝,以便隨返回艙返回后回收利用。返回艙外包覆我國自主研制的新型輕質防熱結構,執行任務后只需更換輕質防熱結構,經過規范嚴格檢測就可再次執行載人航天飛行任務。

2022年前后完成空間站建造,設有共軌飛行光學艙

1992年9月21日,中共中央政治局常委會批準我國載人航天工程按“三步走”發展戰略實施。

第一步,發射載人飛船,建成初步配套的試驗性載人飛船工程,開展空間應用實驗;第二步,突破航天員出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術,發射空間實驗室,解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題;第三步,建造空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。

經過20多年獨立自主發展和接續奮斗,我國已先后組織實施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。

長征五號B運載火箭首飛任務的圓滿成功,迎來了載人航天工程“第三步”發展戰略任務實施的“開門紅”,拉開空間站在軌建造階段飛行任務序幕,為后續空間站核心艙、實驗艙發射奠定堅實基礎。

季啟明介紹,我國空間站將于2022年前后完成建造,一共規劃12次飛行任務。此次任務后,將先后發射天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙,進行空間站基本構型的在軌組裝建造;期間,規劃發射4艘神舟載人飛船和4艘天舟貨運飛船,進行航天員乘組輪換和貨物補給。

中國空間站的建造距離1998年國際空間站發射第一個模塊晚了20多年。但周建平認為,中國空間站利用當代技術成果研發建設,雖建造時間晚于國際空間站,卻充分考慮了技術進步對航天發展的作用。

中國在能源技術、再生生保技術、空間探測技術以及科學研究設備等各方面都利用了20多年科技發展和技術進步的成果。因此,中國空間站將站在更高的技術和科學起點上。

例如未來中國空間站將設有共軌飛行的光學艙,“這個光學艙實際上是一個巡天望遠鏡,它的分辨率和大家熟知的哈勃望遠鏡的分辨率是相當的,但它的視場角要比哈勃望遠鏡大300多倍,10年內可以完成對大范圍天體的巡天探測?!敝芙ㄆ奖硎?。

現階段,我國空間站核心艙已完成正樣產品總裝,問天實驗艙和夢天實驗艙正在開展初樣研制;空間科學應用載荷已陸續轉入正樣研制,執行空間站建造階段四次飛行任務的航天員乘組已經選定,正在開展任務訓練。此外,我國第三批預備航天員選拔工作也將于今年7月前后完成。

而長征五號B火箭將擔當起發射空間站核心艙和實驗艙的重任。長征五號B火箭首飛任務完成技術方案驗證后,長征五號B遙二至遙四任務將先后完成空間站3個艙段的發射任務。

與此同時,今年長征五號系列運載火箭“家族”使命重大,將執行3次發射任務。繼長征五號B火箭首飛后,長征五號遙四火箭將于下半年發射我國首個火星探測器。年底前,長征五號火箭還將迎來第五次發射,將嫦娥五號月球探測器送上月球,實現對月球表面的采樣返回。

文章轉自網易軍事 來源:澎湃新聞網


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