揭秘空間站“專車”長五B火箭三大絕技

10月31日，長征五號B運載火箭（以下簡稱長五B火箭）將夢天實驗艙準確送入預定軌道，發射取得圓滿成功。

記者從長五B火箭的抓總研製單位中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院（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驗艙等艙段發射任務打造的一型全新構型的運載火箭，也是目前我國近地軌道運載能力最大的運載火箭。

作為空間站艙段的“專屬列車”，2020年起，長五B火箭連續成功發射新一代載人飛船試驗船、中國空間站天和核心艙、問天實驗艙以及夢天實驗艙，成功率100%。

力度——“力拔山河”

運載火箭的能力有多大，中國航天的舞台就有多大。

空間站艙段重量和體積都比一般的衞星大得多。問天實驗艙是全世界現役最大、最重的在軌單體航天器，夢天實驗艙的起飛重量也超過23噸。要把這些“大塊頭”送到位於距離地球約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台120噸級的液氧煤油發動機，裏面的最高壓強有500個大氣壓，相當於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，兩台50噸級的氫氧發動機因其比衝高的特點，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載能力由9噸提升至25噸，得益於充分挖掘了新型發動機的工作潛力，這些發動機能夠為火箭提供超過1000噸的起飛推力。

速度——“一步登天”

我國現役火箭都是多級火箭，多級火箭往往先通過下面級火箭點火加速，再通過上面級的火箭調節入軌的姿態和入軌精度。這就好比長跑一樣，不同級次的火箭分別承擔“起跑、加速跑、衝刺跑、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，從點火到入軌一氣呵成、“一步登天”，是我國現役運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載火箭的型譜。

同時，空間站和艙段在數百公里外的太空高速繞地飛行，要確保艙段與空間站精準對接，火箭的發射時間誤差必須控制在1秒以內，任何一個誤差，都有可能使乘客“錯過”站。這就要求長五B火箭點火發射“疾如閃電”“説打就打”，也就是低温火箭“零窗口”發射技術。

為了和時間賽跑，設計團隊開展了適應“零窗口”發射要求的射前流程優化改進，對全箭射前流程環節、可優化內容及發射窗口整體前移的有關影響開展專題確認。

精度——“移動打靶”

在航天發射中，任何一個小的干擾，都會帶來巨大影響，地面差之毫釐，太空失之千里。長五B火箭作為我國大型低温氫氧火箭執行交會對接任務，難度就好比在廣袤宇宙中穿針引線，在方寸毫釐間精益求精。

要將夢天實驗艙準時送到指定的軌道位置上，首先需要為它設計一條飛行彈道。火箭院總體部火箭彈道設計組組長劉銀解釋：“火箭彈道設計，就是火箭有一種運動最優路徑，能把有效載荷送入到預想的那條軌道上去，來滿足它的整個空間軌道要求。”給長五B設計的這條彈道，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，想要完美實現這條“理想”彈道，卻存在大量難題。首先，交會對接任務就像移動打靶，太空裏的軌道位置已經確定，但是地球在不停地自轉，火箭的位置也在不停地發生變化。經過嚴密計算，只有在某一時刻發射升空，火箭才能按照這條“最優路徑”飛行，實現高精度的“移動打靶”。這就意味着發射前的準備必須分毫不差，難度可想而知。

點火後，火箭依靠更先進的制導技術不斷調整彈道，直奔空間站。“就好比投出去的籃球能按照籃框位置、球場風速、氣流和温度等的變化，不斷修正自己的前進軌跡，直奔籃筐而去。”火箭院總體部火箭設計師、科普專家錢航説，長五B火箭創新運用姿態控制增益優化和複合制導方法，從而提高了姿態控制精度。