2020年5月5日18时00分，为我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭，搭载新一代载人飞船试验船和柔性充气式货色返回舱试验舱，从中国文昌航天发射场点火升空。约488秒后，载荷组合体与火箭成功分离，进入预定轨道。
这是长征五号B火箭的首次翱翔任务。任务圆满成功，实现空间站阶段翱翔任务首战告捷，拉开了我国载人航天工程“第三步”任务序幕。
长征五号B运载火箭点火瞬间。高一鸣 摄
长征五号B火箭由中国航天科技集团一院抓总研制，因此长征五号为根本改进研制而成，紧张用于我国空间站舱段等重大航天发射任务。从一院理解到，这次任务中，长征五号B火箭运送的载荷质量达到22吨，这是中国乃至亚洲火箭首次发射超过20吨的航天器，进一步奠定了长征五号系列火箭在世界现役火箭运载能力第一梯队中的地位。
图片来源：中国航天报
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那么这哥俩有何不同？长征五号B火箭是若何将这么重的飞船送上天的？航天科技集团向科技日报给出了答案。
“长五”哥俩义务不同
从外不雅观上看，长征五号B火箭“身高”近54米，相称于18层楼高，芯级直径5米，近850吨重。与长征五号比较，它的“腰围”一样，轻20吨，个子矮了大约3米。这是由于它比长征五号少了芯二级和级间段，只有一个芯级配备4个助推器，是我国首型“一级半”火箭。
不过长征五号B火箭的整流罩比长征五号大多了，长度超过20米，足以把十多米长、4米多粗的空间站核心舱装进去。
中国航天科技集团一院供图
除了外不雅观和构型，这哥俩还各有千秋。长征五号火箭擅于跑长途，运送目的地包括大约3万6千公里外的地球同步轨道、38万公里外的月球，以及最近间隔也有5千万公里的火星。长征五号B则专注于高度200至400公里的近地轨道，这是我国空间站培植的主沙场，后续空间站核心舱等紧张舱段都要由长五B火箭送上天。
长征五号B火箭能凭借一级半构型把重磅航天器送入太空，得益于采取氢氧发动机的芯一级，与利用液氧石油发动机的助推器合理搭配。个中芯一级的2台大推力氢氧发动机，凭借傲视群雄的比冲（用于衡量发动机性能，可以理解为汽车的“百公里油耗”），直接影响着航天器的终极入轨。
由于长征五号B火箭所承担当务的分外性，对氢氧发动机提出了极高哀求。载人空间站工程的交会对接等任务，好比在太空“穿针引线”，韶光有丝毫偏差，都可能让对接双方失落之交臂，不得不用耗很大代价调度轨道。这哀求运载火箭的发射韶光“分秒不差”，也便是所谓的“零窗口”发射。长征五号B所用的氢氧发动机，必须确保发射前事情环环相扣、步步流畅，才能不延误发射窗口。
中国航天科技集团一院供图
其余，长征五号B火箭的加速度比长征五号更快，但在助推器分离后，火箭加速度又会瞬间达到最低。航天科技集团六院长征五号火箭副总设计师王维彬表示，发动机入口面对大起大落的压力，会给发动机的稳定、可靠事情带来巨大寻衅。氢氧发动机研制军队开展了大量研究改进与试验验证，逐一占领难点，进一步提高了发动机事情可靠性和稳定性。
点火到入轨一气呵成
长征五号B是我国首个一级半构型火箭。
按照构型，火箭分为单级火箭和多级火箭两类，火箭助推器常日被算作半级。
个中，多级火箭又分串联、并联、稠浊式三种联结办法。所谓串联，指火箭各子级像竹竿一样串在一起，这样空气阻力每每比较小。并联指多级火箭并排捆绑在一起，这在助推器中较为常见。稠浊式则是既有串联、又有并联。例如用于发射神舟飞船的长征二号F火箭、发射天舟货运飞船的长征七号火箭，以及长征五号火箭等，都是采取助推器与一子级并联捆绑，一子级又和二级串联的办法，构成二级半构型。
中国航天科技集团一院供图
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目前我国航天任务采取较多的是多级火箭。其事情特点是，火箭点火后一级发动机开始事情，燃料用完，一级发动机关机，并和燃料储箱一起从箭体上分离。别的各级发动机也是如此，通过这种“卸包袱”的形式，让火箭轻装前行，持续得到良好的加速性能。在此根本上，各级火箭分别承担“起跑、加速跑、冲刺”的任务。
不过火箭级数越多，掌握起来越繁芜，因此一样平常不会超过四级。长征火箭家族中，只有长征十一号固体运载火箭达到了四级。
长征五号B火箭是在一级上捆绑了4个助推器，属于一级半火箭。比较多级火箭的“接力”，它更加“大略粗暴”，从点火到入轨一气呵成，是我国现役运载火箭中唯一一款直接入轨的火箭。
这样的构型不仅丰富和完善了我国新一代运载火箭型谱，也提升了系统可靠性。要知道，级间分离是火箭翱翔中最随意马虎涌现问题的环节之一。火箭级间分离时，下级发动机关机，级间分离火工品事情使两级分开。为避免分开的两级发生“追尾”和“碰撞”，要用侧推小火箭或反推小火箭点火，让分离开的两级隔出一段安全间隔，上级火箭发动机再点火连续翱翔。这一系列动作十分繁芜，对掌握的哀求极高。长征五号B火箭系统大略，无级间分离，可靠性自然就高。
大刀刻微雕，精度怎么担保？
采取多级火箭实行发射任务时，都是用推力很小的末级火箭将卫星送到预定轨道，再辅以推力更小的姿态掌握发动机，更随意马虎在航天器入轨前对位置与姿态进行微调，从而确保精确入轨。
中国航天科技集团一院供图
而只有一级半的长征五号B火箭，要用2台大推力氢氧发动机直接运送载荷入轨，就像用大刀刻“微雕”，力道极难节制，给精准入轨带来了巨大寻衅。
同时，大推力氢氧发动机关机后，还会产生“后效”，就犹如燃气灶关闭后的“余火”，也会对入轨精度造成影响。这须要确保发动机燃烧稳定，并在发动机研制时就尽可能算出“后效”的预测值，掌握系统也必须将所有可能产生的偏差考虑进去。
航天科技集团一院长征五号火箭副总设计师李学锋先容，针对发动机后效等不愿定成分，研制团队用随机“打靶”的方法，仿照出上万种情形，以验证掌握系统设计的可靠性。“打靶”实验证明，即便预测的“后效”与实际情形有所出入，掌握系统也能确保火箭精确入轨。
而掌握系统研制军队早在长征五号系列火箭研制之初，就统筹考虑了长征五号和长征五号B的任务特点。掌握系统的硬件可以通用，已实现产品化；软件也无需大改，就能适应两者不同的翱翔任务。
在火箭总体弹道设计上，科技职员也充分考虑了发动机“后效”的影响，基于发动机校准试车的实际数据进行打算，进一步优化了设计方案。
多项瘦身举措收益可不雅观
对付多级火箭来说，芯一级、助推器减重，对提高运载能力的影响并不明显。而对付一级半入轨的长征五号B火箭来说，芯一级减重多少，运载能力险些就可以提高多少；助推器减重与运载能力提高的比例也高达1.25:1。减重收益相称可不雅观。
长征五号B火箭的芯一级尾段位于箭体末了，不仅是发动机舱，当火箭直立在发射台上时还能起到支撑浸染。此前长征五号火箭的尾段，采取的是组合梁结合分瓣玻璃钢底板的构造方案。而在长征五号B火箭研制中，航天科技集团一院703所把大直径大厚度碳纤维复合股料“3+2”蜂窝夹层构造整体成型技能，用在了一级尾段的壁板和防热板构造成型中，实现减重约400公斤。
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该火箭助推器的减重也颇具特色。据航天科技集团八院长五系列项目办主任张修科先容，长征五号火箭的助推器犹如4位壮汉，分别用“单肩”扛着芯级，这对“肩膀”的构造提出了很高哀求。而在长征五号B火箭身上，研制团队创新利用杠杆事理等，在捆绑点、助推器头锥中装上了4根“扁担”，变“单肩扛”为“双肩挑”，分散了受力。同时辅以前辈的构造打算办法，综合改进头锥的构造，减重效果明显。助推器头锥、气瓶等方面的改进，共减重约600公斤。
中国航天科技集团一院供图
理解到，长征五号B火箭上采纳的许多减严惩法，未来也将运用在长征五号火箭上。
据中国载人航天工程办公室，长征五号B火箭首飞成功，验证了火箭总体方案、各分系统方案的精确性、折衷性，打破了大尺寸整流罩分离技能、大直径舱箭连接分离技能、大推力直接入轨偏差精确掌握技能等一批新技能，为我国空间站在轨建造任务奠定了主要根本。
整流罩不止于大
长征五号B火箭身上还有多项海内创始的黑科技，比如整流罩。
整流罩是运载火箭的主要组成部分，用于保护卫星或其他有效载荷免受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响。长征五号B火箭拥有目前我国最长最大的整流罩，整流罩长达20.5米，相称于6层楼高，直径达到5.2米。如此宽敞的空间，是为发射空间站核心舱和实验舱而量身打造。
为了改进气动特性，该整流罩采取了冯·卡门曲线形状。冯·卡门曲线是一种非线性曲线，可以更好地减小空气阻力，减轻载荷所受影响。但如此形状的整流罩，展开之后并不是一个平面，而是立体的，制造难度高于传统的锥形整流罩。
作为我国长度最长、重量最重的整流罩，另一个技能难点在于如何担保分离时的安全可靠。经由多方案比拟，科技职员确定采取旋转式分离方案，并为此开展了大量仿真剖析，以及多次整流罩分离试验，有效验证了设计精确性和各系统接口折衷性。
首创”冰箭“零窗口发射先河
火箭发射窗口指许可火箭发射的韶光范围，一样平常根据卫星或飞船入轨哀求，以及多种限定条件综合权衡后确定，比如卫星的轨道精度哀求、地球与行星的相对位置哀求等。“零窗口”是指发射韶光范围为零的发射窗口，也便是哀求火箭必须分秒不差地点火升空。我国在履行天宫一号、北斗导航卫星等发射任务时，都曾经进行过零窗口发射。
未来的空间站交会对接任务，对长征五号B火箭也提出了零窗口发射需求，发射韶光精度偏差要掌握在1秒以内。作为采取液氢、液氧等低温推进剂的“冰箭”，长征五号B火箭的零窗口发射有着更高技能含量和更大难度。这次发射成功，也首创了新一代运载火箭零窗口发射的先河。
为了实现零窗口发射，火箭各系统要确保在点火前一段韶光，就完成各项准备。但低温推进剂加注后会一直地蒸发花费，因此长征五号B火箭的准备状态并不是越早越好，而要严格按照韶光哀求精准完成，并且为应对各种情形充分做好预案。
作为我国最繁芜的运载火箭，长征五号火箭发射前非常繁忙，任何一处细微差错都可能造成发射流程耽误，进而影响零窗口的实现。研制团队通过开展大量剖析和试验，实现了关键系统可靠性提升；通过射前流程优化，进一步提高了各系统对付零窗口发射的适应性，终极担保了任务成功履行。
干系链接
目前我国长征系列火箭紧张构型：
两级火箭：长征二号、长征二号丙、长征二号丁
两级半火箭：长征二号捆、长征二号F、长征五号、长征七号
三级火箭：长征一号、长征三号、长征三号甲、长征四号系列、长征六号
三级半火箭：长征三号乙/丙
四级火箭：长征十一号（固体）
一级半火箭：长征五号B
长征五号B火箭小档案：芯级直径5米，捆绑4个3.35米直径助推器，整流罩直径5.2米，全箭总长约53.66米，起飞质量约849吨，起飞推力约1078吨 ，近地轨道运载能力不低于22吨。
长征五号发射预报：2020年，长征五号系列火箭将实行3次发射任务。继长征五号B火箭首飞后，长征五号遥四火箭将于下半年发射我国首个火星探测器；年底前，长征五号火箭还将迎来第五次发射，将嫦娥五号月球探测器送上月球，实现对月球表面的采样返回。长征五号B火箭首飞任务完成技能方案验证后，长征五号B遥二至遥四任务将先后完成空间站3个舱段的发射任务。
中国航天科技集团一院供图
