搭载了问天实验舱的长征五号乙遥三运载火箭已经在海南文昌发射场整装待发。长征五号乙运载火箭作为运送站间舱体空的“专属列车”,与它的“兄弟”长征五号运载火箭十分相似。
作为同样的长五系列,这两种型号的火箭有何异同?长征五号乙还有哪些高科技?
1焦点
龙B和龙五有什么异同?
长征五号运载火箭和长征五号乙运载火箭属于长征五号火箭系列。两型火箭共享5米大直径火箭结构研制、大推力液氧氢发动机技术、大推力液氧煤油发动机技术、大型移动发射平台技术、系统级冗余控制技术等关键技术。然而,这两种类型的火箭在设计和使用上有许多不同之处。
从构型上看,长征五号运载火箭采用两级半构型,由芯一+助推器+芯二+星罩组合而成,“高度”57米;长征五号乙运载火箭采用1/2级构型,比长征五号少一级。由芯级+助推器+星罩组合体组成,高度53.66米。
从外观上看,长征五号乙运载火箭与长征五号运载火箭最大的区别在于整流罩:长征五号运载火箭整流罩长约12.3米,而长征五号乙火箭整流罩长20.5米,是目前我国最大的火箭整流罩。
大整流罩意味着长五B携带的载荷更大。作为运输空站舱的“专属列车”,长五B需要将体积和质量更大的空站核心舱和实验舱送至近地轨道。可以说五B的“实力”更大。
长五B是一级半火箭,比长五少一个“二级”。这种“减法”在发展过程中有什么特别之处?
具体来说,长征五号乙火箭与长征五号火箭共享核心级和助推器的大部分关键技术。但从研制难度来看,一级半构型的长五乙火箭在我国还是第一次,涉及到一些独特的技术特点,也是研制的重点和难点。
与长征五号相比,长征五号乙是我国首次采用一级火箭作为末级,不加姿态调整和速度修正,直接将有效载荷送入轨道。一级发动机熄火,140吨左右的推力在几秒钟内消失,相当于一辆高速列车突然“刹车”,要稳稳停在指定位置,然后让“乘客”顺利下车。为此,研究团队攻克了大推力直接入轨的关键技术,满足了有效载荷在姿态控制和制导精度控制上的目标。
与长征五号相比,长征五号乙变得更轻,火箭飞行速度更快,飞行中的过载更大,这对火箭上的设备环境耐受能力提出了新的考验。
焦点2
龙B还有哪些特别的设计?
相比长征系列的其他车型,长五B还有哪些特别的设计?
一是长征五号乙突破低温火箭“零窗口”发射技术。作为未来发射空站核心舱和实验舱的火箭,空站交会对接任务要求长征五号乙“零窗口”发射,发射时间精度误差要控制在1秒以内。
为了实现“零窗口”发射,所有火箭系统都应确保在点火前一段时间完成所有准备工作,并在就绪状态下等待点火。由于低温推进剂加注后会不断“蒸发”和消耗,发射的准备状态不是越早越好,而是要根据时间要求精确完成。研究团队从提高系统发射可靠性和优化发射流程两个方面开展工作。通过可靠性测试和分析,提高了关键系统的可靠性。通过优化预发射流程,进一步提高各系统对“零窗口”发射的适应能力。
第二,长征五号乙突破了大直径胶囊火箭的分离技术。课题组开展了减少和改善影响环境的专项研究。在比较和测试了各种减振方案后,采用了一种新型的被动振动控制技术。经过试验验证,火箭分离接口的分离得到了有效改善,在空站舱段“下车”时可以感受到火箭的“温柔”。
此外,长征五号乙还突破了大推力直接入轨技术。为了确保轨道精确安全,RD团队从轨道姿态控制、轨道精度控制和分离安全控制三个方面开展了研究工作。采用姿态控制增益优化方法,提高了姿态控制精度。采用多方法组合的复合制导方案,有效降低了制导误差对精度的影响。
3聚焦
火箭为什么要血统化?
长征五号系列火箭从设计之初,就按照“通用化、系列化、组合化”的设计思路进行设计。其研制思路可以概括为“一个系列、两个发动机、三个模块”,即首先研制直径5米的基础火箭,全面突破液氧煤油和氢氧两种发动机、三个模块及相关关键技术,从而形成研制直径5米系列火箭的能力, 并且在近地轨道和地球同步转移轨道的最大运载能力上与国际主流火箭接轨,从而带动我国其他新一代运载火箭的发展。
光谱开发可以有效节约研究成本,缩短研究周期,最大限度地利用研究场地和设备,提高产品质量,实现高质量、高效率、高效益的发展。以长征五号乙火箭为例,助推器、一级火箭本体、助推发动机及一级发动机相关产品采用与长征五号火箭相同的总体设计方案,长征五号乙火箭在研制过程中无需进行相关研制试验;同时,可以实现产品的批量生产,统一发射场和相关发射保障设备的要求,大大节约了研制成本和研制周期。
南方日报记者王世珍何大元徐勉
协调员:张智超
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