10月31日,由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)抓总研制的长征五号B运载火箭(以下简称“长五B”火箭)将梦天实验舱准确送入预定轨道,发射取得圆满成功,打赢了中国载人航天空间站工程收官之战。回望空间站建造历程,你会看到什么?力度、速度、精度,三个维度带你看长五B火箭,看见大国重器、重大工程,更看见一个个设计师的严慎细实、拼搏身影。
力度——“力拔山河”
运载火箭的能力有多大,中国航天的舞台就有多大。
要知道,空间站舱段重量和体积都比一般的卫星大得多。问天实验舱是全世界现役最大、最重的在轨单体航天器,梦天实验舱的起飞重量也超过23吨。要把这些“大块头”送到位于距离地球约400千米近地轨道的空间站,需要长五B火箭具备极大推力。
为此,长五B火箭配备了8台120吨级的液氧煤油发动机,里面的最高压强有500个大气压,相当于能把黄浦江的水直接抽到5000米高的青藏高原,可谓是“力拔山河”。此外,两台50吨级的氢氧发动机因其比冲高的特点,使火箭能够以较少的燃料获得较大的推力。
因此,长五B火箭将我国长征系列火箭近地轨道的运载能力由9吨提升至25吨,得益于充分挖掘了新型发动机的工作潜力,这些发动机能够为火箭提供超过1000吨的起飞推力。
速度——“一步登天”“疾如闪电”
我国现役火箭都是多级火箭,多级火箭往往先通过下面级火箭点火加速,再通过上面级的火箭调节入轨的姿态和入轨精度。这就好比长跑一样,不同级次的火箭分别承担“起跑、加速跑、冲刺跑、撞线跑”的“接力“过程。
而长五B火箭则只用一级半火箭直接入轨,从点火到入轨一气呵成、“一步登天”,是我国现役运载火箭中唯一一款一级半直接入轨的火箭,丰富和完善了新一代运载火箭的型谱。
同时,空间站和舱段在数百公里外的太空高速绕地飞行,要确保舱段与空间站精准对接,火箭的发射时间误差必须控制在1秒以内,任何一个误差,都有可能使乘客“错过”站。这就要求长五B火箭点火发射“疾如闪电”、“说打就打”,也就是低温火箭“零窗口”发射技术。
为了和时间赛跑,设计团队开展了适应“零窗口”发射要求的射前流程优化改进,对全箭射前流程环节、可优化内容及发射窗口整体前移的有关影响开展专题确认。
精度——“移动打靶”
在航天发射中,任何一个小的干扰,都会带来巨大影响,地面差之毫厘,太空失之千里。长五B火箭作为我国大型低温氢氧火箭执行交会对接任务,难度就好比在广袤宇宙中穿针引线,在方寸毫厘间精益求精。
要将梦天实验舱准时送到指定的轨道位置上,首先需要为它设计一条飞行弹道。火箭院总体部火箭弹道设计组组长刘银解释:“火箭弹道设计,就是火箭有一种运动最优路径,能把有效载荷送入到预想的那条轨道上去,来满足它的整个空间轨道要求。”给长五B设计的这条弹道,是一条最理想的飞行路线,燃料消耗最少,入轨精度最高。
然而,想要完美实现这条“理想”弹道,却存在大量难题。首先,交会对接任务就像移动打靶,太空里的轨道位置已经确定,但是地球在不停地自转,火箭的位置也在不停地发生变化。经过严密计算,只有在某一时刻发射升空,火箭才能按照这条“最优路径”飞行,实现高精度的“移动打靶”。这就意味着发射前的准备必须分毫不差,难度可想而知。
点火后,火箭依靠更先进的制导技术不断调整弹道,直奔空间站。“就好比投出去的篮球能按照篮框位置、球场风速、气流和温度等的变化,不断修正自己的前进轨迹,直奔篮筐而去。”科普专家钱航说,长五B火箭创新运用姿态控制增益优化和复合制导方法,从而提高了姿态控制精度。
作者:沈竹士 董佳莹 图/宿东
编辑:赵征南
责任编辑:范兵