威武，“胖五”家族新猛將！
——長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭首戰(zhàn)告捷

○文 閔

2020 年5 月5 日18 時(shí)0 分，隨著海南文昌發(fā)射場(chǎng)一聲巨響，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭搭載新一代載人飛船試驗(yàn)船和柔性充氣式貨物返回艙試驗(yàn)艙點(diǎn)火升空。約488 秒后，伴隨著指揮大廳內(nèi)雷鳴般的掌聲，載荷組合體與火箭成功分離進(jìn)入預(yù)定軌道，標(biāo)志著我國(guó)空間站階段飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷，拉開(kāi)了我國(guó)載人航天工程“第三步”任務(wù)序幕，為后續(xù)空間站核心艙、實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)！

建設(shè)具有國(guó)際先進(jìn)水平的空間站，解決有較大規(guī)模的、長(zhǎng)期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題，是我國(guó)載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略中第三步的任務(wù)目標(biāo)。而長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“長(zhǎng)五B火箭”）就是專(zhuān)為我國(guó)載人空間站工程研制的運(yùn)載火箭，從立項(xiàng)到首飛，經(jīng)歷了近十年的研制歷程。

鏈接：中國(guó)載人航天工程“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。

中國(guó)載人航天工程是我國(guó)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重大戰(zhàn)略工程之一，始于20 世紀(jì)90 年代初期，并確定了“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略，最終目標(biāo)是建造屬于中國(guó)的近地軌道、大型多艙段、具備實(shí)用價(jià)值的太空站。第一步：掌握載人航天飛船技術(shù)。即發(fā)射無(wú)人和載人飛船，將航天員安全地送入近地軌道，進(jìn)行對(duì)地觀測(cè)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，并使航天員安全返回地面。第二步：突破航天員出艙活動(dòng)技術(shù)、空間飛行器的交會(huì)對(duì)接技術(shù)，發(fā)射空間實(shí)驗(yàn)室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題。第三步：建造空間站。即建立大型多艙段空間實(shí)驗(yàn)室，建成中國(guó)的空間工程系統(tǒng)，航天員和科學(xué)家可以來(lái)往于地球與空間站，進(jìn)行規(guī)模比較大的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭，由于火箭芯級(jí)直徑大，被大家親切地稱(chēng)為“胖五”。習(xí)近平主席在對(duì)全球直播的2020年新年講話中，特別高興地提到了“長(zhǎng)征五號(hào)遙三”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“長(zhǎng)征五號(hào)火箭”）于2019 年12月27 日在海南文昌成功發(fā)射的消息。而此次出鏡的長(zhǎng)五B 火箭與長(zhǎng)征五號(hào)火箭同屬“胖五”家族。長(zhǎng)五B 火箭是以長(zhǎng)征五號(hào)火箭為基礎(chǔ)改進(jìn)研制而成。兄弟倆雖然外形上有些相似，但兩型火箭在設(shè)計(jì)、用途等方面卻大不一樣。

我們先來(lái)看看兩者的基本信息（見(jiàn)下表）。

從表中我們可以看到二者有很多相似點(diǎn)：首先，它們都很“胖”，這體現(xiàn)在芯級(jí)直徑和助推器直徑上；其次，它們有五十多米偉岸的身高，同時(shí)具有4 個(gè)助推器；第三，它們都是“冰箭”，身體里流淌著-253℃的液氫和-183℃的液氧；第四，它們都是采用數(shù)字化、模塊化、組合化設(shè)計(jì)，龐大的身軀里都是滿滿的“黑科技”，如大推力液氧液氫發(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。

但是這兄弟倆畢竟不是“雙胞胎”，它們都有各自的“特質(zhì)”和“絕活”。從構(gòu)型上看，長(zhǎng)征五號(hào)火箭采用兩級(jí)半構(gòu)型，由芯一級(jí)+助推器+芯二級(jí)+整流罩組成；長(zhǎng)五B火箭采用一級(jí)半構(gòu)型，由芯一級(jí)+助推器+整流罩組成。從外觀上看，長(zhǎng)五B 火箭比大哥長(zhǎng)征五號(hào)火箭個(gè)頭矮了約3米，“體重”輕了約20噸。兩者的最大區(qū)別在于整流罩，長(zhǎng)征五號(hào)火箭的整流罩長(zhǎng)度大約12.3 米，而長(zhǎng)五B 火箭擁有目前我國(guó)最長(zhǎng)、最大的整流罩，整流罩長(zhǎng)度達(dá)到20.5 米、直徑5.2 米。這樣超大的整流罩，是為裝載空間站艙段而量身打造的。從用途上看，長(zhǎng)征五號(hào)火箭一般用于發(fā)射高軌道的大型衛(wèi)星以及各類(lèi)深空探測(cè)器，例如實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星、嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器、火星探測(cè)器等；長(zhǎng)五B火箭則主要用于發(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，還能用于載人航天發(fā)射。從運(yùn)載能力上看，長(zhǎng)征五號(hào)火箭地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GT0）運(yùn)載能力約為14 噸，長(zhǎng)五B火箭近地軌道（LEO）運(yùn)載能力約為22噸。

就運(yùn)載能力而言，長(zhǎng)五B 火箭在全世界處于一流水平，位列現(xiàn)役火箭第三，僅次于美國(guó)太空探索公司的獵鷹重型運(yùn)載火箭和美國(guó)宇航局的德?tīng)査?4 重型運(yùn)載火箭。此前，我國(guó)近地軌道運(yùn)載能力約為14 噸（長(zhǎng)征七號(hào)）。長(zhǎng)五B 火箭首飛成功，使我國(guó)大型運(yùn)載火箭的技術(shù)水平進(jìn)入世界第一梯隊(duì)，與俄羅斯“質(zhì)子-M”火箭、美國(guó)“獵鷹-9”火箭、“德?tīng)査?4”火箭、歐洲“阿麗亞娜-5”火箭的運(yùn)載能力相當(dāng)。同時(shí)，長(zhǎng)五B火箭也是我國(guó)新一代運(yùn)載火箭系列化發(fā)展的代表，將為后續(xù)重型運(yùn)載火箭的研制提供重要技術(shù)積累。

長(zhǎng)五B 運(yùn)載火箭專(zhuān)注于地球附近約200 千米～400 千米的軌道，這里是我國(guó)空間站建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)，后續(xù)空間站核心艙等主要艙段都要由長(zhǎng)五B 火箭送上天。為了當(dāng)好運(yùn)送空間站艙段的“專(zhuān)屬列車(chē)”，長(zhǎng)五B 火箭開(kāi)展了多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)和創(chuàng)新，掌握了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。為保證未來(lái)空間站建設(shè)順利實(shí)施，長(zhǎng)五B火箭采用四大“黑科技”。

一是超大整流罩。整流罩是運(yùn)載火箭的重要組成部分，用于保護(hù)衛(wèi)星或其他有效載荷免受氣動(dòng)力、氣動(dòng)加熱及聲振等有害環(huán)境的影響。為改善氣動(dòng)特性，長(zhǎng)五B火箭的整流罩采用流線型的馮·卡門(mén)曲線外形，可以更好地減小空氣阻力，減輕載荷影響。另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)在于如何做到安全可靠的分離。經(jīng)過(guò)多方案比較，最終確定采用旋轉(zhuǎn)式分離方案。

二是“零窗口”發(fā)射。載人空間站工程的交會(huì)對(duì)接等任務(wù)，好比在數(shù)百千米高的太空“穿針引線”，時(shí)間有絲毫誤差，都有可能失之交臂，導(dǎo)致耗費(fèi)更大的代價(jià)調(diào)整軌道。作為未來(lái)發(fā)射空間站核心艙和實(shí)驗(yàn)艙的火箭，空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)對(duì)長(zhǎng)五B火箭提出了“零窗口”發(fā)射需求，發(fā)射時(shí)間精度誤差要控制在1秒以內(nèi)。雖然它不是第一型實(shí)施“零窗口”發(fā)射的火箭，但作為采用液氫、液氧等低溫推進(jìn)劑的“冰箭”，長(zhǎng)五B火箭的“零窗口”發(fā)射有著更高的技術(shù)含量和更大的技術(shù)難度，也開(kāi)創(chuàng)了新一代運(yùn)載火箭“零窗口”發(fā)射的先河。

三是大直徑艙箭分離?？臻g站艙段和長(zhǎng)五B火箭的連接接口直徑超過(guò)4 米，“乘客”和火箭的分離不是“下車(chē)”那么簡(jiǎn)單，需要考慮可靠性、沖擊環(huán)境等多個(gè)方面的因素，既要確保安全分離，又要盡量將分離過(guò)程中出現(xiàn)的沖擊環(huán)境等不利影響降到最低。長(zhǎng)五B火箭研制團(tuán)隊(duì)圍繞降低和改善沖擊環(huán)境開(kāi)展了專(zhuān)題攻關(guān)，對(duì)多種降沖擊方案進(jìn)行比較和試驗(yàn)后，采用了“隔沖框＋阻尼盒”的降沖擊方案，并應(yīng)用了“顆粒阻尼技術(shù)”。因此，長(zhǎng)五B火箭可以像把嬰兒抱出嬰兒車(chē)那般輕柔、謹(jǐn)慎地完成空間站艙段與火箭的分離。

四是大推力直接入軌。作為一級(jí)半構(gòu)型的火箭，長(zhǎng)五B火箭沒(méi)有單獨(dú)的調(diào)姿和末速修正系統(tǒng)，而是利用一級(jí)火箭直接將有效載荷送入預(yù)定軌道。經(jīng)過(guò)仿真分析、系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)、半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)等考核評(píng)估，大推力直接入軌精度控制和分離安全控制技術(shù)的有效性得到了驗(yàn)證，長(zhǎng)五B火箭成為第一型只靠助推器及一級(jí)飛行就能實(shí)現(xiàn)有效載荷精確入軌的火箭。要知道，我國(guó)現(xiàn)役火箭都是多級(jí)火箭，原理是先通過(guò)下面級(jí)火箭點(diǎn)火加速，再通過(guò)上面級(jí)的火箭調(diào)節(jié)入軌的姿態(tài)和入軌精度。這就好比接力賽，不同級(jí)次的火箭分別承擔(dān)“起跑、加速跑、沖刺跑、撞線跑”的“接力”過(guò)程。而長(zhǎng)五B火箭則只用一級(jí)半火箭直接入軌，相當(dāng)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)員跑完全程，“一步登天”。雖然級(jí)數(shù)減少了，但是長(zhǎng)五B火箭的運(yùn)載能力卻沒(méi)有降低，而且是我國(guó)現(xiàn)役火箭中近地軌道運(yùn)載能力最大的火箭。

我國(guó)航天事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展離不開(kāi)新一代火箭和載人飛船，這是我們探索深邃太空的有力保證。長(zhǎng)五B火箭首飛成功，驗(yàn)證了火箭總體方案、各分系統(tǒng)方案的正確性、協(xié)調(diào)性，突破了大尺寸整流罩分離技術(shù)、低溫火箭“零窗口”發(fā)射技術(shù)、大直徑艙箭連接分離技術(shù)、大推力直接入軌偏差精確控制技術(shù)等一系列關(guān)鍵新技術(shù)，為我國(guó)空間站在軌建造任務(wù)奠定了重要基礎(chǔ)。只有通過(guò)推力強(qiáng)大的長(zhǎng)五B火箭，才能把質(zhì)量在20噸級(jí)別的各個(gè)空間站艙段送入太空中。長(zhǎng)五B火箭的成功發(fā)射，預(yù)示我國(guó)的空間站建設(shè)將要拉開(kāi)大幕。

長(zhǎng)五B火箭的首飛任務(wù)是把中國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船送入近地軌道。那么，我們來(lái)看看長(zhǎng)五B火箭的乘客——新一代載人飛船究竟是什么樣的。新一代載人飛船試驗(yàn)船，是面向我國(guó)空間站運(yùn)營(yíng)及未來(lái)載人探月需求而研發(fā)的新一代天地往返運(yùn)輸器。本次任務(wù)將對(duì)飛船高速再入返回的防熱、控制、群傘回收及部分重復(fù)使用等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。柔性充氣式貨物返回艙試驗(yàn)艙，是我國(guó)新型空間運(yùn)輸飛行器的試驗(yàn)器。本次任務(wù)對(duì)充氣展開(kāi)式返回飛行器軌道再入關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

與神舟飛船相比，新一代載人飛船能夠以第二宇宙速度（11.2 千米/秒）再入地球大氣層，未來(lái)主要降落在海上，進(jìn)行回收之后能多次重復(fù)使用。新一代載人飛船還可以一船多用，既可以應(yīng)用在近地軌道，支撐我國(guó)空間站建設(shè)，還能勝任載人登月等更遙遠(yuǎn)深空的探測(cè)重任，更具備著載人+運(yùn)貨的強(qiáng)大本領(lǐng)，這將有力拓展我國(guó)載人航天器的應(yīng)用范圍和能力結(jié)構(gòu)。與老的神舟飛船相比，新一代飛船在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化，采用兩艙結(jié)構(gòu)，分別是上部用于搭載人員和貨物的返回艙和下面提供能源和動(dòng)力的服務(wù)艙。返回艙是整船的指令中心，也是航天員生活居住的地方，可搭載6 名～7 名航天員；服務(wù)艙是整船的能源與動(dòng)力中心。而老的神舟飛船是三個(gè)艙室，多了一個(gè)軌道艙。不過(guò)多了一個(gè)艙室，并不代表運(yùn)載能力就更強(qiáng)。實(shí)際上新一代飛船的返回艙空間更大，尺寸更大，幾乎是神舟飛船返回艙的兩倍，未來(lái)里面可以根據(jù)任務(wù)需求做“隔間”，打造工作區(qū)、娛樂(lè)區(qū)、餐飲區(qū)以及衛(wèi)生區(qū)，為航天員提供更舒適的生活居住環(huán)境，讓航天員的太空旅行變得更加豐富多彩。神舟飛船只能運(yùn)輸3個(gè)人。另外新飛船返回艙的外形也改成了國(guó)際主流的鈍頭圓錐體。這樣的設(shè)計(jì)非常有利于返回艙穿越大氣層，同時(shí)它的空間利用率非常高。

由于新飛船還有重復(fù)使用的要求，據(jù)報(bào)道需要至少達(dá)到10次重復(fù)使用的能力，所以對(duì)防熱隔熱的要求就更高了。神舟飛船的防熱設(shè)計(jì)使得它只能使用一次就報(bào)廢，新飛船使用了新的防熱材料和隔熱設(shè)計(jì)，因此可以在多次穿越大氣層后，仍然具備良好的使用條件。另外返回艙的頂部還有被整流罩保護(hù)的對(duì)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)與空間站的對(duì)接，用于人員和貨物的轉(zhuǎn)運(yùn)。新飛船還使用了模塊化設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)空間站運(yùn)輸任務(wù)和深空探測(cè)任務(wù)來(lái)進(jìn)行模塊組合。主要的不同模塊是下部的服務(wù)艙，上部的返回艙則是通用設(shè)計(jì)，不管什么任務(wù)都可以使用同樣的返回艙。在執(zhí)行近地軌道空間站的運(yùn)輸任務(wù)時(shí)，由于不需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的飛行，因此服務(wù)艙燃料可以少搭載，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力也可以適當(dāng)減小，這時(shí)就可以使用小型服務(wù)艙。而執(zhí)行深空探測(cè)任務(wù)時(shí)，則可以使用相應(yīng)的大服務(wù)艙。服務(wù)艙除了配備火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠提供軌道轉(zhuǎn)移、與空間站對(duì)接的動(dòng)力外，還配備了可折疊的大尺寸太陽(yáng)能帆板，它能夠在飛行期間為返回艙提供所需的電力供應(yīng)。由于不同的服務(wù)艙重量不同，因此用于發(fā)射的火箭也就不同。

在新一代載人飛船完成實(shí)驗(yàn)之后，我國(guó)的空間站也將完工。根據(jù)目前的計(jì)劃，接下來(lái)直到2022年，還有12 次飛行任務(wù)，航天部門(mén)將陸續(xù)發(fā)射天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，最后進(jìn)行空間站的在軌組裝建造。而在完成空間站的建造之后，新一代飛船則會(huì)承擔(dān)起空間站與地球之間的人員和貨物運(yùn)輸任務(wù)，成為真正的太空快遞船，實(shí)現(xiàn)貨物直達(dá)空間站。

長(zhǎng)五B 火箭首飛成功后，參與我國(guó)載人航天工程建設(shè)的長(zhǎng)征火箭“三勇士”已經(jīng)全部亮相。它們分別是以13 次完美飛行，100%發(fā)射成功率，將5 艘無(wú)人飛船、6 艘載人飛船、2 個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室送入太空的長(zhǎng)征二號(hào)F；貨運(yùn)飛船“專(zhuān)屬列車(chē)”長(zhǎng)征七號(hào)；空間站建設(shè)的核心骨干長(zhǎng)五B 火箭。后續(xù)任務(wù)中，長(zhǎng)五B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(zhǎng)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(zhǎng)征二號(hào)F 主要負(fù)責(zé)將航天員送入空間站?！叭率俊睂y手合作，助力我國(guó)空間站早日建成，為中國(guó)航天搭建更廣闊的舞臺(tái)。

最后引用《中共中央國(guó)務(wù)院中央軍委對(duì)長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭首次飛行任務(wù)圓滿成功的賀電》最后一段作為結(jié)尾。

“探索浩瀚太空永無(wú)止境，攀登科技高峰任重道遠(yuǎn)。載人航天工程后續(xù)任務(wù)艱巨繁重，面臨的困難和考驗(yàn)嚴(yán)峻復(fù)雜。希望你們更加緊密地團(tuán)結(jié)在以習(xí)近平同志為核心的黨中央周?chē)粤?xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，全面貫徹黨的十九大和十九屆二中、三中、四中全會(huì)精神，大力弘揚(yáng)‘兩彈一星’精神和載人航天精神，在航天報(bào)國(guó)和科技強(qiáng)國(guó)的偉大實(shí)踐中，不忘初心、牢記使命，奮發(fā)有為、再立新功，為實(shí)現(xiàn)‘兩個(gè)一百年’奮斗目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)作出新的更大貢獻(xiàn)！”