中国航天开启空间站时代

中国航天开启空间站时代

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火箭呼啸而去、飞船摇曳而落，瑰丽地球和深邃太空之间的一去一回，勾勒出一幕人类探索宇宙的壮丽图景，也开启了中国一个新的航天时代——空间站时代。

椰风碧海，巨箭耸立;驯火牧天，撼山动地。看！长征火箭再度出征，中国航天以奋进的姿态走到一个新的历史坐标。

这一幕，似曾相识。几个月前，长征五号遥三运载火箭成功飞天，“胖五”再度叩响太空之门。

这一幕，又倍感新鲜。长征五号B遥一运载火箭（下称“长征五号B运载火箭”）接过“哥哥”的“接力棒”，带上“新乘客”——新一代载人飞船试验船（下称“新飞船”）再度出征，以探索太空的勇者姿态，扶摇直上九天。

这一飞，标志着中国空间站阶段飞行任务首战告捷;这一飞，拉开了我国载人航天工程“第三步”任务的序幕。这是中国航天的一小步，也是建成未来空间站的一大步，中国航天正阔步向前，开启空间站时代。

长征五号B开启问天新征程

长征五号B运载火箭由中国航天科技集团有限公司一院抓总研制，于5月5日在文昌航天发射场成功首飞，把近22吨重的新飞船送入太空。这是中国乃至亚洲火箭首次发射超过20吨重的航天器，进一步奠定了长征五号系列火箭运载能力在世界现役火箭第一梯队中的地位。

此次首秀的长征五号B运载火箭——“胖五B”，与2021年底“王者归来”的长征五号运载火箭——“胖五”相比有何不同，對中国航天又有何重大意义？

长征五号B运载火箭是在长征五号运载火箭的基础上研制而成

的，后者于2021年首飞，迄今已经发射过三次。

“长征五号运载火箭与长征五号B运载火箭在立项之初就确定为两种最基本的构型，在后续很多大型试验中，两种状态都是一并考虑的，它们属于兄弟俩。”长征五号运载火箭副总指挥曲以广说。

长征五号运载火箭与长征五号B运载火箭同属长征五号系列火箭，共享5米大直径箭体结构、大推力液氧液氢发动机技术、大推力液氧煤油发动机技术等关键技术，但在设计方面也有很多不同。

长征五号B运载火箭被称为中国第一个“一级半”火箭。“一级半”是指在火箭的一级上捆绑四个助推器，助推器即“半级”。而长征五号运载火箭由一级、二级和助推器组成，是“二级半”。

从外观上看，长征五号运载火箭整流罩长约12.3米，而长征五号B运载火箭整流罩达到20.5米，是中国最大的火箭整流罩。

缩减一级，长征五号B运载火箭比长征五号运载火箭矮了3米，但更重要的差别是用途。

多一级的长征五号运载火箭擅于跑长途，“乘客”目的地包括3.6万公里的地球同步轨道、38万公里外的月球以及更远的火星。长征五号B运载火箭则运送目标距离更近的航天器，主要用于发射近地轨道大型卫星及飞船，这里是我国空间站建设的主战场，后续空间站核心舱等主要舱段，都由长征五号B运载火箭送上天。

即便少了一级，长征五号B运载火箭在专门向近地轨道送货的长征系列火箭中，力气仍然是最大的，一次能送超过22吨的东西，相当于10多辆小轿车的重量，这个“力度”也让我国发射较大规模的航天器成为可能。比如空间站的各个舱段重量超过20吨，只有长征五号B运载火箭能够发射。

因此，长征五号B运载火箭被称作中国空间站的“专属列车”，其意义之重大可见一斑。

长征五号B运载火箭只用“一级半”就能把重磅航天器送上天，得益于采用氢氧推进剂的芯一级和采用液氧煤油推进剂的助推器的合理搭配。而芯一级的两台大推力氢氧发动机，从地面点火一直工作到

把航天器送入轨道，要“打全场”，责任重大。

氢氧发动机的比冲（用于衡量发动机性能，可以理解为汽车的“百公里油耗”）傲视群雄，但其研制难度也极高。长征五号B运载火箭所承担任务的特殊性，对芯一级的大推力氢氧发动机提出了更高的要求。

载人空间站工程的交会对接等任务好比在数百公里高的太空“穿针引线”，时间不能有丝毫误差，否则可能失之交臂，导致耗费更大的代价调整轨道。这要求运载火箭必须严格按照精准的时间发射，达到分秒不差，也就是所谓的“零窗口”发射。

对氢氧发动机来说，要实现“零窗口”发射，必须确保发射前各项工作环环相扣、步步流畅，一点时间都不能耽误。如发射前要预先把发动机的温度降得很低，即“预冷”，以防止零下250多摄氏度的液氢和零下180多摄氏度的液氧推进剂进入发动机后发生意外。在长征五号运载火箭首飞时，就曾因为发动机预冷不顺利而推迟发射时间。

同时，长征五号B运载火箭比长征五号运载火箭更轻，但起飞推力与长征五号运载火箭相同。用同样的力气向上提更轻的东西，加速度自然更快。而在助推器分离后，火箭加速度又瞬间降到最低。

“就像深海鱼突然跳到喜马拉雅山上，巨大的压力变化会使鱼瞬间爆裂”，中国航天科技集团有限公司六院长征五号运载火箭副总设计师王维彬说，发动机的入口面对过山车一样大起大落的压力，给发动机的稳定、可靠工作带来巨大挑战。

氢氧发动机研制队伍通过大量的研究改进与试验验证，将这些难点逐一攻克，进一步提高了发动机工作的可靠性与稳定性，确保发动机发射前不会“发烧”、按时完成预冷等工作，飞行时扛住巨大压力，平稳运行。

“在地面设备方面，我们通过采用远程调节的方式，保证了发动机预冷等发射前环节的安全、顺利推进。”中国航天科技集团有限公司一院长五火箭副总设计师贺建华介绍。

除了零窗口和过山车一样的压力，一级精准入轨也是一个巨大的

挑战。采用多级火箭执行发射任务时，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控制发动机，更容易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。

而只有一级半的长征五号B运载火箭要用两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”，力道极难掌握，给精准入轨带来了巨大挑战。

同时，大推力氢氧发动机关机后，还会产生“后效”，就如同燃气灶关闭后的“余火”，也会对入轨精度造成影响。这需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，控制系统也必须将所有可能产生的误差考虑进去。

中国航天科技集团有限公司一院长征五号运载火箭副总设计师李学锋介绍，针对发动机“后效”等不确定因素，研制团队用随机“打靶”的方法，模拟出上万种情况，以验证控制系统设计的可靠性。“打靶”实验证明，即便预测的“后效”与实际情况有所出入，控制系统也能确保火箭精确入轨。

而控制系统研制队伍早在长征五号系列火箭研制之初，就统筹考虑了长征五号运载火箭和长征五号B运载火箭的任务特点。控制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飞行任务。

在火箭总体弹道设计上，科研人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计算，进一步优化了设计方案。

一眼看过去，长征五号B运载火箭与之前的三发长征五号运载火箭似乎没有太大区别，但当深入了解后，才发现经过多次技术改进，“胖五”也在不断地成长。

值得关注的是，上海航天技术研究院承担了长征五号B运载火箭4个助推器以及外部安全系统、芯级配套电池等研制，提供90%的起飞推力。其中，4个巨大的助推器经历了一段不为人知的“瘦身”历程。

“胖五”家族助推模块的头锥由于飞行动力的需求，它和长征火箭