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作為中國目前近地軌道運載能力最大的火箭,長五B火箭將中國長征系列火箭近地軌道的運載能力由8.6噸提升至25噸,被稱為長征火箭家族中的“大力士”。中國空間站的三個艙段重量均超過22噸,其中夢天實驗艙是中國迄今為止重量最大的載荷,約23.3噸。
長五B火箭的“大力氣”是怎么來的?火箭充分發掘了液氧煤油發動機大推力、氫氧發動機高比沖的優勢,8臺120噸級的液氧煤油發動機,里面的最高壓強有500個大氣壓,相當于能把黃浦江的水直接抽到5000米高的青藏高原,起飛推力可達1000多噸。而一級火箭配置的2臺氫氧發動機,因其比沖高的特點,使火箭能夠以較少的燃料獲得較大的推力。
“所謂比沖,就是發動機在一定時間內燃燒一定量的燃料所產生的推力,這可以形象地理解為汽車的‘油耗’,使用液氫和液氧推進劑的發動機‘油耗’較低,是目前我們掌握的比沖較高的推進劑之一。”中國航天科技集團一院長五B火箭總體副主任設計師劉秉說。
“大腦袋”:國內最長最大整流罩
長五B火箭不僅“腰身粗”,而且頂著一個“大腦袋”,有火箭“冰墩墩”之稱。而這個“大腦袋”其實就是整流罩。
整流罩是運載火箭的重要組成部分,用于保護衛星或其他有效載荷免受氣動力、氣動加熱及聲振等有害環境的影響。長五B火箭擁有目前中國最長最大的整流罩,整流罩長度達到20.5米、直徑5.2米,容積達360立方米。如此寬敞的空間,也是為了發射空間站艙段而量身打造的。
一院長五B火箭結構總體設計師王乾表示,本次任務火箭結構系統技術狀態較上一發沒有較大變化。型號隊伍根據夢天實驗艙操作需求,對整流罩外部操作開口進行了適應性匹配。
簡構型:一級半直接入軌
長五B火箭是中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。
中國現役火箭都是多級火箭,多級火箭需要先通過下面級火箭點火加速,再通過上面級火箭調節入軌姿態和入軌精度。這就好比長跑,不同級次的火箭分別承擔“起跑、加速跑、沖刺跑、撞線跑”的“接力”過程。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。
減少火箭級數有何好處?專家表示,火箭級間分離是影響飛行成敗的關鍵環節之一,控制過程非常復雜,地面試驗邊界條件與真實分離環境有較大差別,是火箭研制的難點之一。因此級數越少,分離次數就越少,發生故障的概率就越低。長五B火箭一級半直接入軌,減少了分離次數,可進一步提升可靠性。
空間站艙段“專列”未來還有哪些任務?
長五B火箭是專為中國空間站艙段發射任務打造的一型運載火箭,有空間站艙段“專屬列車”之稱。從2020年首飛成功,2021年順利托舉天和核心艙,到今年先后護送問天實驗艙和夢天實驗艙入軌,長五B火箭實現100%的成功率。
一院長五火箭副總設計師黃兵介紹稱,長五系列火箭連續成功發射的高可靠性得到了客戶青睞。未來,中國一系列大型衛星等將逐步立項研制,長五系列火箭也將逐步進入高密度發射狀態,預計到2024年,發射需求將達到每年4至5發。
據了解,長五B火箭將承擔中國第一個大型空間巡天望遠鏡發射任務,屆時望遠鏡將與空間站共軌飛行,開展更多的宇宙空間探測和前沿科學研究。未來長五B火箭還將與遠征系列上面級形成組合,形成多星組網發射的能力,充分發揮運載能力大、單位有效載荷經濟性好的優勢,滿足國家不同發射任務需求。(完)