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原標(biāo)題:中國空間站長什么樣?用了哪些黑科技?
4月29日,隨著長征五號(hào)B運(yùn)載火箭將中國空間站天和核心艙順利送入太空,中國空間站拉開建造大幕。
按照空間站建造任務(wù)規(guī)劃,今明兩年我國將接續(xù)實(shí)施11次飛行任務(wù),包括3次空間站艙段發(fā)射、4次貨運(yùn)飛船以及4次載人飛船發(fā)射,于2022年完成空間站在軌建造,實(shí)現(xiàn)中國載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略“第三步”的任務(wù)目標(biāo)。
長征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭搭載空間站天和核心艙,在文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空。史嘯 攝
空間站以三艙為基本構(gòu)型
未來中國空間站工程共由13個(gè)系統(tǒng)組成,中國航天科技集團(tuán)參與了其中7個(gè)系統(tǒng)的研制工作。
記者從航天五院了解到,中國空間站以天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙、夢天實(shí)驗(yàn)艙三艙為基本構(gòu)型。
其中,核心艙作為空間站組合體控制和管理主份艙段,具備交會(huì)對(duì)接、轉(zhuǎn)位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙、保障空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?;問天和夢天?shí)驗(yàn)艙均作為支持大規(guī)模艙內(nèi)外空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)載荷支持艙段,同時(shí)問天實(shí)驗(yàn)艙還作為組合體控制和管理備份艙段,具備出艙活動(dòng)能力,夢天實(shí)驗(yàn)艙具備載荷自動(dòng)進(jìn)出艙能力。
中國空間站三艙飛行器依次發(fā)射成功后,將在軌通過交會(huì)對(duì)接和轉(zhuǎn)位,形成“T”構(gòu)型組合體,長期在軌運(yùn)行。組合體在軌運(yùn)行壽命不小于10年,并可通過維修維護(hù)延長使用壽命。
中國航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師朱光辰曾經(jīng)說過一個(gè)非常形象的比喻:如果神舟飛船是一輛轎車,天宮一號(hào)和天宮二號(hào)就相當(dāng)于一室一廳的房子,而空間站就是三室兩廳還帶儲(chǔ)藏間,算是“豪宅”了。
4月29日,長征五號(hào)B運(yùn)載火箭點(diǎn)火發(fā)射。
天和核心艙長度超過五層樓房的高度
天和核心艙是中國空間站的關(guān)鍵艙段,它就好比是大樹的樹干,其他的艙段都會(huì)安裝在它的接口上。所以,天和核心艙有一個(gè)龐大的軀體和結(jié)實(shí)的身板。
據(jù)中國航天科技集團(tuán)有限公司五院空間站核心艙結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師施麗銘介紹,核心艙的體積非常大,長度比五層樓房還要高,直徑比火車和地鐵的車廂還要寬不少,體積比國際空間站的任何一個(gè)艙位都大,航天員入駐后,活動(dòng)空間非常寬敞。
重量上,核心艙相當(dāng)于三輛大客車的空重重量,同樣也超過國際空間站的任何一個(gè)艙段。
天和核心艙由節(jié)點(diǎn)艙,大、小柱段,后端通道和資源艙組成,發(fā)射升空后,將為航天員提供太空科學(xué)和居住環(huán)境,支持長期在軌駐留,承接載人飛船和貨運(yùn)飛船的對(duì)接??俊?/p>
航天員可以與地面視頻通話
天和核心艙不僅外觀闊大,艙內(nèi)生活也會(huì)十分舒適。
據(jù)中國航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)總體主任設(shè)計(jì)師張昊介紹,天和核心艙的密封艙內(nèi)配置了工作區(qū)、睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)和鍛煉區(qū)六個(gè)區(qū)域。不僅能夠保證每名航天員都有獨(dú)立的睡眠環(huán)境和專用衛(wèi)生間,而且在就餐區(qū)配置了微波爐、冰箱、飲水機(jī)、折疊桌等,還有了太空跑臺(tái)、太空自行車、抗阻拉力器等健身器材,以滿足航天員日常鍛煉。艙內(nèi)情景照明可由手機(jī)APP控制。
為了確保天和核心艙與地面通信的實(shí)時(shí)暢通,天和核心艙安裝了航天科技集團(tuán)五院研制的第三代中繼終端產(chǎn)品。中繼終端能通過中繼衛(wèi)星建立空間站與地面的通信鏈路,承擔(dān)著航天員與地面語音、視頻、電子郵件,科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下傳以及整艙遙測傳輸?shù)墓δ?。核心艙發(fā)往地面的速率相當(dāng)于地面 5G 通信速率的幾十倍。
可以說,有了中繼終端這個(gè)“太空伴侶”的陪伴,未來航天員在核心艙內(nèi)將不再寂寞,與地面的雙向視頻通話、收發(fā)電子郵件都不在話下。
4月29日11時(shí)許,中國文昌航天發(fā)射場,我國近地軌道運(yùn)載能力最大的火箭長征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭托舉著我國空間站天和核心艙一飛沖天,發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。
釋疑一
中國空間站與國際空間站有什么不同?
國際空間站是目前在軌運(yùn)行最大的空間平臺(tái),是一個(gè)擁有現(xiàn)代化科研設(shè)備,可開展大規(guī)模、多學(xué)科基礎(chǔ)和應(yīng)用科學(xué)研究的空間實(shí)驗(yàn)室。它的規(guī)模大約有423噸,由美國、俄羅斯、加拿大、日本等16國聯(lián)合,先后經(jīng)歷12年建造完成。
航天五院專家表示,中國空間站由一個(gè)核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙組成,在總體規(guī)模上不及國際空間站,這主要是在建設(shè)思路上按照符合中國國情,有所為、有所不為來考慮,綜合當(dāng)前需求和耗費(fèi)等因素,不搞像國際空間站那么大規(guī)模的空間站,而是采用規(guī)模適度、留有發(fā)展空間的思路,既可以滿足重大科學(xué)研究項(xiàng)目的需要,又同時(shí)具備擴(kuò)展和支持來往飛行器對(duì)接的能力。
中國空間站由我國自主建造,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品全部國產(chǎn)化,部組件全部國產(chǎn)化,原材料全部國產(chǎn)化,關(guān)鍵核心元器件100%自主可控。
細(xì)節(jié)方面,國際空間站的蓄電池初期采用氫鎳蓄電池,后來又經(jīng)歷技術(shù)升級(jí)實(shí)現(xiàn)了鋰電換氫鎳的過程。而中國空間站從開始就將使用鋰電技術(shù),從技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)上已并列國際水平。太陽電池翼作為中國空間站最大的艙外產(chǎn)品,其在軌具備的重復(fù)展收技術(shù)、整體更換技術(shù)、柔性電纜傳輸技術(shù)都已接近并超越國際空間站的太陽電池翼的技術(shù)體系。
釋疑二
何為載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略?
空間站工程是載人航天工程“三步走”的第三步,天和核心艙則是第三步的首飛之戰(zhàn)。上世紀(jì)90年代初,我國載人航天工程正式啟動(dòng),國家采取了分步實(shí)施的戰(zhàn)略,具體分為三步,第一步是載人飛船階段,在此期間完成了載人飛船的研制,實(shí)現(xiàn)了航天員天地往返等目標(biāo)。第二步是空間實(shí)驗(yàn)室階段,在這一階段,不僅掌握了出艙、交會(huì)對(duì)接技術(shù),成功對(duì)航天員中期駐留太空進(jìn)行了驗(yàn)證,還成功驗(yàn)證了推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù),完成了運(yùn)送貨物補(bǔ)給等任務(wù)。第三步是空間站建設(shè)階段,我國將建造長期有人照料的空間站。
中國空間站任務(wù)又分為關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證、組裝建造和運(yùn)營三個(gè)階段,目前正處于關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段。在這個(gè)階段,將發(fā)射天和核心艙和2艘載人飛船、2艘貨運(yùn)飛船,在軌驗(yàn)證7大關(guān)鍵技術(shù):空間站推進(jìn)劑補(bǔ)加、再生生保、柔性太陽電池翼和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、大型柔性組合體控制、組裝建造、艙外操作、在軌維修,為實(shí)施空間站組裝建造和長期運(yùn)營任務(wù)奠定基礎(chǔ)。
據(jù)中國航天科技集團(tuán)五院空間站任務(wù)總指揮王翔介紹,作為人類歷史上規(guī)模最大的航天器,空間站是一種在近地軌道長時(shí)間運(yùn)行、可滿足航天員長期在軌生活、工作以及地面航天員尋訪的載人航天器,代表了當(dāng)今航天領(lǐng)域最全面、最復(fù)雜、最先進(jìn)和最綜合的科學(xué)技術(shù)成果?!敖ǔ珊瓦\(yùn)營近地載人空間站,將使我國成為獨(dú)立掌握近地空間長期載人飛行技術(shù),具備長期開展近地空間有人參與科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)和綜合開發(fā)利用太空資源能力的國家?!蓖跸枵f。
釋疑三
中國空間站的工程目標(biāo)是什么?
據(jù)航天科技集團(tuán)五院專家介紹,中國空間站主要有五大工程目標(biāo)。
一是建造并運(yùn)營近地空間站,突破、掌握和發(fā)展大型復(fù)雜航天器的在軌組裝與建造、長期安全可靠飛行、運(yùn)營管理和維護(hù)技術(shù),提升國家航天技術(shù)水平,帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域和行業(yè)的科技進(jìn)步,增強(qiáng)綜合國力。
二是突破、掌握和發(fā)展近地空間長期載人航天飛行技術(shù),解決近地軌道長期載人航天飛行的主要醫(yī)學(xué)問題,實(shí)現(xiàn)航天員長期在軌健康生活和有效工作。
三是建成國家太空實(shí)驗(yàn)室。發(fā)展具有國際先進(jìn)水平的空間科學(xué)與應(yīng)用能力,開展多領(lǐng)域空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)、空間應(yīng)用,以及科普教育,獲取具有重大科學(xué)價(jià)值的研究成果和重大戰(zhàn)略意義的應(yīng)用成果。
四是開展國際(區(qū)域) 合作,為人類和平開發(fā)和利用空間資源做出積極貢獻(xiàn)。
五是以在軌服務(wù)、地月和深空載人探測需求為牽引,試驗(yàn)和驗(yàn)證相關(guān)關(guān)鍵技術(shù),為載人航天持續(xù)發(fā)展積累技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。
保證待機(jī)15年,中國空間站用了哪些黑科技?
空間站天和核心艙發(fā)射圓滿成功,中國空間站距離我們又近了一步。作為空間站的核心艙段,核心艙是空間站的主要控制節(jié)點(diǎn),是未來空間站的指揮控制中心。
“問天”及“夢天”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙交會(huì)對(duì)接后,三者將形成T字型的天宮空間站。中國航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師侯永青介紹,“中國空間站設(shè)計(jì)在軌飛行10年,具備延壽到15年的能力。我們從設(shè)計(jì)伊始就開展了長壽命、可靠性、維修性、安全性一體化設(shè)計(jì)。具體來講,就是以系統(tǒng)和產(chǎn)品的長壽命和固有可靠性設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),配合開展系統(tǒng)和產(chǎn)品在軌故障診斷、處置預(yù)案設(shè)計(jì)、維修性設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)長壽命、可靠性的既定目標(biāo)?!?/p>
艙門保護(hù)罩
艙外用保護(hù)罩為卷簾式結(jié)構(gòu),便于操作
空間站天和核心艙有多個(gè)大小不一、形狀不一的艙門,當(dāng)航天員在空間站艙間穿行或出艙時(shí),艙門沿著艙門門軸旋轉(zhuǎn)處于側(cè)開狀態(tài),通過艙門過程中,存在對(duì)艙門門體密封圈剮蹭的風(fēng)險(xiǎn),一旦密封圈受損,艙門密閉失效,就可能影響航天員的生存環(huán)境。為保護(hù)艙門門體密封圈不受剮蹭,航天科技集團(tuán)五院專門研制了艙門保護(hù)罩。
艙門保護(hù)罩功能雖然單一,但針對(duì)空間站的使用高要求,具有操作簡便、產(chǎn)品壽命長、使用次數(shù)多的特點(diǎn)。
根據(jù)艙內(nèi)和艙外兩種不同的操作環(huán)境,空間站核心艙分別研制了2種狀態(tài)的艙門保護(hù)罩,包括艙內(nèi)用艙門保護(hù)罩和艙外用可展收艙門保護(hù)罩。為了便于航天員操作,艙內(nèi)用艙門保護(hù)罩為罩蓋式結(jié)構(gòu),就像落地電風(fēng)扇防塵罩,使用時(shí)只需要航天員將艙門保護(hù)罩口部撐開套在艙門上即可;艙外用艙門保護(hù)罩為卷簾式結(jié)構(gòu),使用時(shí)航天員只需“抓”“套”“拉”幾個(gè)簡單的操作步驟即可完成。
太陽電池翼
收攏后只有一本書的厚度
天和核心艙首次采用了大面積可展收柔性太陽翼,其雙翼展開面積可達(dá)134平方米。這是我國首次采用柔性太陽翼作為航天器的能量來源。
與傳統(tǒng)剛性、半剛性的太陽電池翼相比,柔性翼全部收攏后只有一本書的厚度,僅為剛性太陽翼的1/15,同時(shí),展開面積大、功率重量比高,單翼即可為空間站提供9KW的電能,在滿足艙內(nèi)所有設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí),也完全可以保證航天員在空間站中的日常生活。
核心艙作為我國壽命設(shè)計(jì)要求最長的一個(gè)飛行器,對(duì)所有產(chǎn)品的長壽命提出了最高要求。太陽翼作為艙外產(chǎn)品,要面對(duì)的空間環(huán)境極其惡劣,除了需要經(jīng)歷88000次±100℃的高低溫循環(huán)外,還要經(jīng)受低軌環(huán)境中原子氧、等離子體、紫外輻照、電離輻照等多種空間環(huán)境的考驗(yàn)。航天科技集團(tuán)八院805所柔性太陽電池翼研制團(tuán)隊(duì)開展了3年多的方案論證和比較工作,經(jīng)過大量的地面模擬長壽命測試。
比如,太陽翼上的張緊機(jī)構(gòu)看似是一根簡單的鋼絲繩,但其實(shí)是一套恒力彈簧繩索系統(tǒng),通過它的不斷伸縮才能保證太陽翼在高低溫環(huán)境下的足夠剛度以及姿態(tài)控制。團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)多年攻關(guān),地面完成了40萬次熱真空疲勞壽命試驗(yàn)、100萬次常溫常壓壽命試驗(yàn),充分驗(yàn)證了產(chǎn)品的高可靠、長壽命。
空間機(jī)械臂
六維力傳感器打破國外壟斷
空間站機(jī)械臂主要承擔(dān)著懸停飛行器捕獲、輔助航天員艙外活動(dòng)、艙外貨物搬運(yùn)、艙體狀態(tài)檢查、載荷照料等重要任務(wù)。由中國航天科技集團(tuán)有限公司四院44所自主為機(jī)械臂研制了3款傳感器。
其中,六維力傳感器是三款傳感器中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜、研制難度最大的一款,能夠同時(shí)測量三個(gè)方向上的力分量和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的力矩分量;一維力傳感器主要負(fù)責(zé)機(jī)械臂末端執(zhí)行器在實(shí)施目標(biāo)抓取和拖動(dòng)功能時(shí),對(duì)拖動(dòng)力進(jìn)行監(jiān)測;一維力矩傳感器則用于感知機(jī)械臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所承載的力矩,實(shí)現(xiàn)整臂的柔順控制。
三款傳感器產(chǎn)品作為機(jī)械臂進(jìn)行伸縮、扭轉(zhuǎn)、抓握和拖動(dòng)等動(dòng)作時(shí)各關(guān)鍵部位的測力元件,就像機(jī)械臂的“觸覺神經(jīng)”,能夠?qū)崟r(shí)將力學(xué)參量反饋至機(jī)械臂的“大腦”,為機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制提供重要依據(jù),使機(jī)械臂具備強(qiáng)大的自由運(yùn)動(dòng)能力。
這三款傳感器產(chǎn)品是航天四院44所歷時(shí)10年打造出的,具備體積小、質(zhì)量輕、空間環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、精度及可靠性高、可在軌穩(wěn)定運(yùn)行15年以上等特點(diǎn),特別是六維力傳感器作為國內(nèi)首款、目前唯一一款自主研制的能夠?qū)崿F(xiàn)空間環(huán)境下同時(shí)測量6個(gè)力和力矩分量并且成功搭載空間站應(yīng)用的傳感器產(chǎn)品,成功打破了國外在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷,對(duì)于在該領(lǐng)域進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化具有重要意義。
太空廚房
可定量分配常溫水和熱水,濾除銀離子
在太空中,航天員的身體健康狀況尤為重要。在核心艙上,安裝了很多監(jiān)測航天員身體狀況的醫(yī)學(xué)監(jiān)測設(shè)備。這些產(chǎn)品都是由航天科技集團(tuán)九院771所負(fù)責(zé)研制生產(chǎn)。
例如,常規(guī)醫(yī)監(jiān)設(shè)備可以為航天員在長期飛行中的生理健康狀態(tài)和功能提供全面有效的醫(yī)學(xué)監(jiān)督和保障;無線生理信號(hào)檢測裝置負(fù)責(zé)監(jiān)測航天員心電、呼吸、體溫;睡眠監(jiān)護(hù)儀能夠采集航天員睡眠時(shí)產(chǎn)生的多路生理信號(hào),為航天員睡眠質(zhì)量做定期評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù);采集航天員常規(guī)心電、運(yùn)動(dòng)心電、動(dòng)態(tài)心電、搶救心電的12導(dǎo)同步心電信號(hào)的動(dòng)態(tài)心電監(jiān)測儀;無創(chuàng)血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)護(hù)儀能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)航天員一導(dǎo)心電和二導(dǎo)脈搏的無創(chuàng)監(jiān)測,協(xié)助完成航天員的脈搏量、心排量、外周血管阻力等各項(xiàng)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的健康監(jiān)督。
此外,為方便航天員長期飛行中的飲食需求,771所提供了多種太空廚房食品設(shè)備。熱風(fēng)加熱裝置可將航天食品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)加熱到適合在軌食用的溫度;微波加熱裝置則用于加熱非金屬包裝類的食品和飲用水等;飲水分配器除了加熱日常飲用水,還能定量分配常溫水和熱水,濾除水中的銀離子,保證航天員健康飲水。
送空間站核心艙“天和”入軌的,為何是“胖五”B火箭?
4月29日,長征五號(hào)B運(yùn)載火箭沖入云霄。
出身:為空間站建設(shè)而生
長征五號(hào)B火箭是專門為我國載人航天工程空間站建設(shè)而研制的一型新型運(yùn)載火箭,于2020年5月5日成功首飛。長征五號(hào)B遙二火箭發(fā)射空間站核心艙,是長征五號(hào)B火箭的首次應(yīng)用性發(fā)射。
據(jù)航天科技集團(tuán)一院長征五號(hào)系列火箭總指揮王玨介紹,長五B火箭是我國首型“一級(jí)半”火箭,是目前近地軌道運(yùn)載能力最大的運(yùn)載火箭,代表了我國運(yùn)載火箭技術(shù)的最高水平,近地軌道運(yùn)載能力不低于22噸,是個(gè)不折不扣的“大力士”。
長征二號(hào)F運(yùn)載火箭系統(tǒng)、長征七號(hào)運(yùn)載火箭系統(tǒng)以及長征五號(hào)B運(yùn)載火箭系統(tǒng),均由中國航天科技集團(tuán)研制,是目前載人航天工程中的三大運(yùn)載火箭系統(tǒng)。
長征五號(hào)B運(yùn)載火箭主要完成載人空間站核心艙及兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙的發(fā)射任務(wù);長征七號(hào)運(yùn)載火箭主要用于發(fā)射天舟貨運(yùn)飛船,為空間站和航天員運(yùn)送物資;長征二號(hào)F運(yùn)載火箭主要負(fù)責(zé)將航天員乘坐的神舟飛船送往空間站。據(jù)悉,空間站各艙段和貨運(yùn)飛船將在中國文昌航天發(fā)射場發(fā)射,神舟載人飛船將在中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射。
外觀:“膀闊腰圓”,超長整流罩
長五B芯級(jí)采用5米直徑,捆綁4個(gè)3.35米直徑的助推器,全箭總長約53.66米,起飛質(zhì)量約849噸,起飛推力約1068噸,近地軌道運(yùn)載能力25噸級(jí)。
從外觀上看,長五B的個(gè)子比長五矮一點(diǎn),但是“頭部”比長五要大了許多,因?yàn)橛幸粋€(gè)特別大的整流罩。
長五B整流罩長20.5米,直徑5.2米,有6層樓那么高,是迄今為止我國最大的火箭整流罩。整流罩采用流線型的馮·卡門曲線外形,可以更好地減小空氣阻力,減輕載荷影響,分離也更安全可靠。
這是為了發(fā)射載人航天工程空間站核心艙和實(shí)驗(yàn)艙而專門設(shè)計(jì)的,可以說是“私人定制”。巨大的整流罩能很好地保護(hù)核心艙,讓它在飛行過程中像“坐沙發(fā)”一樣舒服。
整流罩由端頭、馮卡門錐段、組合前柱段、后柱段和轉(zhuǎn)接框組成,整流罩的可靠分離成為擺在研制人員面前的一關(guān)。研制人員開展了分多次仿真分析、分離試驗(yàn),采用彈性整流罩分離仿真技術(shù)、大型整流罩地面分離試驗(yàn)技術(shù),解決了這個(gè)難題。另外,整流罩部位的氣動(dòng)加熱作用也更明顯,特別是安裝在整流罩附近的火工品所處的環(huán)境也更熱了,對(duì)火工品提出新的考驗(yàn),為此專門開展了相關(guān)分析研究和試驗(yàn)工作。
“神技”:一級(jí)半直接入軌
長征五號(hào)B火箭由航天一院抓總研制,采用一級(jí)半構(gòu)型,是目前世界在役火箭中唯一一款一級(jí)半直接入軌的火箭?;鸺到y(tǒng)簡潔,所有發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火都在地面完成,也無需進(jìn)行級(jí)間分離、高空發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)等動(dòng)作,降低了故障發(fā)生的概率,可靠性提升。
要實(shí)現(xiàn)一級(jí)半入軌,對(duì)火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)是個(gè)考驗(yàn)。長征五號(hào)B火箭助推器配置液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī),一級(jí)火箭配置氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)。前者具有推力大的特點(diǎn),讓火箭點(diǎn)火后獲得較大的加速度,后者具有高比沖的優(yōu)勢,可以為火箭提供高效的速度增量。
“氫氧和液氧煤油兩種發(fā)動(dòng)機(jī)組合形成的‘基因’,決定了能夠構(gòu)造出一級(jí)半直接入軌的火箭,而且火箭的固有可靠性天生就高?!遍L征五號(hào)B火箭總體副主任設(shè)計(jì)師李平岐說。
長五B火箭特有的“大推力直接入軌精度控制”,則對(duì)箭上控制系統(tǒng)提出新挑戰(zhàn)?!熬秃帽纫惠v正在行駛的汽車,當(dāng)它速度很慢時(shí),踩一腳剎車就能很容易停到指定位置,然而當(dāng)它速度很快時(shí),這就變得很難?!?2所長五B火箭姿控系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師張宇說,“更何況長五B火箭采用兩臺(tái)大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)直接送載荷入軌,沒有單獨(dú)的調(diào)姿和末速修正系統(tǒng),如果再采用傳統(tǒng)的姿態(tài)控制方式很難達(dá)到精度要求?!?/p>
突破:“零窗口”發(fā)射,為交會(huì)對(duì)接贏得1分鐘
空間站核心艙到位后,實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ和試驗(yàn)艙Ⅱ要與核心艙通過交會(huì)對(duì)接,在軌進(jìn)行組裝。交會(huì)對(duì)接就好比在太空“穿針引線”,失之毫厘謬以千里,一旦出現(xiàn)偏差,空間站艙段就要消耗燃料來變軌,滿足對(duì)接要求,造成能力損失。
長征五號(hào)B火箭是低溫火箭,面臨著低溫推進(jìn)劑加注問題和復(fù)雜的發(fā)射前流程,實(shí)施“零窗口”發(fā)射相比常溫火箭難度大得多。
李平岐說,為解決這個(gè)問題,研制團(tuán)隊(duì)對(duì)箭上控制系統(tǒng)迭代制導(dǎo)方案進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了起飛時(shí)間與預(yù)定時(shí)間的誤差不超過±1分鐘時(shí),火箭可以在飛行過程中修正偏差,將空間站軌道艙精準(zhǔn)送入原定目標(biāo)位置。
也就是說,只要在這兩分鐘里點(diǎn)火起飛,火箭到達(dá)的都是唯一的終點(diǎn),助力空間站艙段在太空中實(shí)現(xiàn)順利“牽手”。
對(duì)比:比長五少一個(gè)二級(jí),變輕飛更快
長五B是一個(gè)一級(jí)半火箭,比長五要少一個(gè)二級(jí),但是從研制難度上看,長五B這種一級(jí)半構(gòu)型的火箭,在我們國家尚屬首次,將一級(jí)火箭作為末級(jí)使用,不增加姿態(tài)調(diào)整和速度修正,直接將有效載荷送入軌道。長征五號(hào)B與長征五號(hào)相比,變“輕”了,火箭飛得更“快”,飛行時(shí)的過載也變大了。
記者從航天一院了解到,長征五號(hào)運(yùn)載火箭與長征五號(hào)B運(yùn)載火箭同屬長征五號(hào)火箭系列,兩型火箭共享了5米大直徑箭體結(jié)構(gòu)研制、大推力液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、大推力液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、大型活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)技術(shù)、系統(tǒng)級(jí)冗余控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù),但兩型火箭在設(shè)計(jì)、用途等方面存在很多不同。
從構(gòu)型上看,長征五號(hào)運(yùn)載火箭采用兩級(jí)半構(gòu)型,由芯一級(jí)+助推器+芯二級(jí)+星罩組合體組成;長征五號(hào)B運(yùn)載火箭采用一級(jí)半構(gòu)型,由芯一級(jí)+助推器+星罩組合體組成。
從外觀上看,長征五號(hào)B運(yùn)載火箭與長征五號(hào)運(yùn)載火箭的最大區(qū)別在于整流罩,長征五號(hào)運(yùn)載火箭的整流罩長度大約12.3米,而長征五號(hào)B火箭的整流罩長度達(dá)到了20.5米,是我國目前最大的火箭整流罩。
從用途上看,長征五號(hào)運(yùn)載火箭一般用于發(fā)射高軌道的大型衛(wèi)星以及各類深空探測器,例如實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星、嫦娥五號(hào)月球探測器、火星探測器等;長征五號(hào)B運(yùn)載火箭主要用于發(fā)射近地軌道的大型衛(wèi)星及飛船,例如載人空間站的核心艙和實(shí)驗(yàn)艙等。
從運(yùn)載能力上看,長征五號(hào)火箭地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力約為14噸,長征五號(hào)B火箭近地軌道運(yùn)載能力約為25噸級(jí)。
來源:新京報(bào)
圖片來源:拍客
編輯:IPRdaily王穎 校對(duì):IPRdaily縱橫君
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