揭秘空間站“專車”長五B火箭三大絕技
10月31日,長征五號(hào)B運(yùn)載火箭(以下簡稱長五B火箭)將夢天實(shí)驗(yàn)艙準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道,發(fā)射取得圓滿成功。
記者從長五B火箭的抓總研制單位中國航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院(以下簡稱“火箭院”)獲悉,長五B火箭是專為我國載人航天工程空間站核心艙和實(shí)驗(yàn)艙等艙段發(fā)射任務(wù)打造的一型全新構(gòu)型的運(yùn)載火箭,也是目前我國近地軌道運(yùn)載能力最大的運(yùn)載火箭。
作為空間站艙段的“專屬列車”,2020年起,長五B火箭連續(xù)成功發(fā)射新一代載人飛船試驗(yàn)船、中國空間站天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙以及夢天實(shí)驗(yàn)艙,成功率100%。
(資料圖)
力度——“力拔山河”
運(yùn)載火箭的能力有多大,中國航天的舞臺(tái)就有多大。
空間站艙段重量和體積都比一般的衛(wèi)星大得多。問天實(shí)驗(yàn)艙是全世界現(xiàn)役最大、最重的在軌單體航天器,夢天實(shí)驗(yàn)艙的起飛重量也超過23噸。要把這些“大塊頭”送到位于距離地球約400千米近地軌道的空間站,需要長五B火箭具備極大推力。
為此,長五B火箭配備了8臺(tái)120噸級的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī),里面的最高壓強(qiáng)有500個(gè)大氣壓,相當(dāng)于能把黃浦江的水直接抽到5000米高的青藏高原,可謂是“力拔山河”。此外,兩臺(tái)50噸級的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)因其比沖高的特點(diǎn),使火箭能夠以較少的燃料獲得較大的推力。
因此,長五B火箭將我國長征系列火箭近地軌道的運(yùn)載能力由9噸提升至25噸,得益于充分挖掘了新型發(fā)動(dòng)機(jī)的工作潛力,這些發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?yàn)榛鸺峁┏^1000噸的起飛推力。
速度——“一步登天”
我國現(xiàn)役火箭都是多級火箭,多級火箭往往先通過下面級火箭點(diǎn)火加速,再通過上面級的火箭調(diào)節(jié)入軌的姿態(tài)和入軌精度。這就好比長跑一樣,不同級次的火箭分別承擔(dān)“起跑、加速跑、沖刺跑、撞線跑”的“接力“過程。
而長五B火箭則只用一級半火箭直接入軌,從點(diǎn)火到入軌一氣呵成、“一步登天”,是我國現(xiàn)役運(yùn)載火箭中唯一一款一級半直接入軌的火箭,豐富和完善了新一代運(yùn)載火箭的型譜。
同時(shí),空間站和艙段在數(shù)百公里外的太空高速繞地飛行,要確保艙段與空間站精準(zhǔn)對接,火箭的發(fā)射時(shí)間誤差必須控制在1秒以內(nèi),任何一個(gè)誤差,都有可能使乘客“錯(cuò)過”站。這就要求長五B火箭點(diǎn)火發(fā)射“疾如閃電”“說打就打”,也就是低溫火箭“零窗口”發(fā)射技術(shù)。
為了和時(shí)間賽跑,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開展了適應(yīng)“零窗口”發(fā)射要求的射前流程優(yōu)化改進(jìn),對全箭射前流程環(huán)節(jié)、可優(yōu)化內(nèi)容及發(fā)射窗口整體前移的有關(guān)影響開展專題確認(rèn)。
精度——“移動(dòng)打靶”
在航天發(fā)射中,任何一個(gè)小的干擾,都會(huì)帶來巨大影響,地面差之毫厘,太空失之千里。長五B火箭作為我國大型低溫氫氧火箭執(zhí)行交會(huì)對接任務(wù),難度就好比在廣袤宇宙中穿針引線,在方寸毫厘間精益求精。
要將夢天實(shí)驗(yàn)艙準(zhǔn)時(shí)送到指定的軌道位置上,首先需要為它設(shè)計(jì)一條飛行彈道?;鸺嚎傮w部火箭彈道設(shè)計(jì)組組長劉銀解釋:“火箭彈道設(shè)計(jì),就是火箭有一種運(yùn)動(dòng)最優(yōu)路徑,能把有效載荷送入到預(yù)想的那條軌道上去,來滿足它的整個(gè)空間軌道要求?!苯o長五B設(shè)計(jì)的這條彈道,是一條最理想的飛行路線,燃料消耗最少,入軌精度最高。
然而,想要完美實(shí)現(xiàn)這條“理想”彈道,卻存在大量難題。首先,交會(huì)對接任務(wù)就像移動(dòng)打靶,太空里的軌道位置已經(jīng)確定,但是地球在不停地自轉(zhuǎn),火箭的位置也在不停地發(fā)生變化。經(jīng)過嚴(yán)密計(jì)算,只有在某一時(shí)刻發(fā)射升空,火箭才能按照這條“最優(yōu)路徑”飛行,實(shí)現(xiàn)高精度的“移動(dòng)打靶”。這就意味著發(fā)射前的準(zhǔn)備必須分毫不差,難度可想而知。
點(diǎn)火后,火箭依靠更先進(jìn)的制導(dǎo)技術(shù)不斷調(diào)整彈道,直奔空間站?!熬秃帽韧冻鋈サ幕@球能按照籃框位置、球場風(fēng)速、氣流和溫度等的變化,不斷修正自己的前進(jìn)軌跡,直奔籃筐而去。”火箭院總體部火箭設(shè)計(jì)師、科普專家錢航說,長五B火箭創(chuàng)新運(yùn)用姿態(tài)控制增益優(yōu)化和復(fù)合制導(dǎo)方法,從而提高了姿態(tài)控制精度。
(責(zé)編:趙竹青、呂騫)關(guān)注公眾號(hào):人民網(wǎng)財(cái)經(jīng)關(guān)鍵詞:
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