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打破我国火箭纪录!长征五号 B 发射成功,我国空间站又近了一步

2020/5/6 21:02:11来源:雷锋网作者:付静责编:远洋评论:

“胖五 B”的成功首飞,不仅打破了中国火箭纪录,也是新一代载人飞船试验船的首秀,更为我国空间站在轨建造任务拉开了序幕。

2020 年 5 月 5 日 18 时,长征五号 B 运载火箭(CZ-5B)搭载新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱,在我国文昌航天发射场点火升空,载荷组合体在约 488 秒后与火箭成功分离,进入预定轨道,首飞任务圆满成功。

【图源火箭发射视频画面】

十年磨一“箭”

准确来讲,此次发射升空的火箭全称为「长征五号 B 遥一运载火箭」。名称中的“遥”是指遥测系统,代表飞行器和地面间有数据交换;“一”表示执行第一个任务的长征五号 B 运载火箭。

火箭名称中“遥”之后的数字表示某一型号火箭接到的第几项任务,我们可以将其简单地理解为产品生产序列号,如长征五号运载火箭中的长征五号遥一、长征五号遥二表示长征五号的首次、第二次飞行任务。

雷锋网了解到,长征五号 B 运载火箭在长征五号运载火箭基础上改进研制,主要用于我国空间站舱段发射等重大航天任务,是目前我国近地轨道运载能力最大的火箭。

就其参数而言,全箭总长 53.7 米,起飞重量 837.5 吨,直径为 5 米,捆绑了 4 个直径 3.35 米的助推器,近地轨道运载能力大于 22 吨。

按飞行程序,实验舱和试验船完成在轨试验后,分别计划于 5 月 6 日和 5 月 8 日返回位于我国巴丹吉林沙漠和戈壁带的东风着陆场。

【图源百度百科】

事实上,长征五号 B 运载火箭从立项至首飞成功,差不多快要十个年头了:

  • 2011 年 11 月,正式批复立项,承担发射空间站舱段的任务;

  • 2012 年 1 月,方案通过评审,转入初样研制阶段;

  • 2018 年 11 月,试样研制阶完成;

  • 2020 年 2 月 5 日,长征五号 B 遥一运载火箭安全运抵海南文昌航天发射场,随后与先期运抵的空间站核心舱初样产品一同进行发射场合练;

  • 2020 年 5 月 5 日 18 时,点火升空。

不仅是长征五号 B 运载火箭,一款火箭的平均研发时间至少都在数年不等,火箭的研发需要数万名工程人员的参与,涉及材料、发动机、电子工业、空气动力等数十个专业。

当前,能够实现自研运载火箭的国家可以说是屈指可数,其中第一梯度是美俄,第二梯度是中欧日。

作为衡量国家科技的重要指标,运载火箭可将人造卫星、飞船等航天器推向太空,关系到了航天事业乃至人类科技的进步。

实力不凡的“胖五”家族

提到“长征”二字,不仅是当年红军两万五千里的征途,也代表了我国自行研制的、不断将卫星、航天员送入太空的长征系列运载火箭。

50 年前,“东方红一号”卫星成功发射,《东方红》乐曲响彻世界。而搭载“东方红一号”达成我国航天史上这一伟大壮举的,正是我国第一枚运载火箭“长征一号”(CZ-1)。

2006 年,长征五号系列运载火箭立项研制,为起步于 20 世纪 60 年代的长征系列运载火箭注入了新鲜血液。

长征五号系列运载火箭为新一代运载火箭中芯级直径为 5 米的火箭系列,相比于长征家族的其它成员,长征五号系列个头大、腰围粗,因此也被亲切地称为“胖五”。

运载能力是衡量火箭水平的一项重要指标,而“胖五”家族的实力仅是通过其运载能力便可略知一二。

据了解,长征五号是我国运载能力最强的火箭,可实现近地轨道 25 吨级、地球同步转移轨道 14 吨级的运力。在世界现役火箭中,长征五号与 SpaceX 公司建造的猎鹰重型火箭(近地轨道运载能力 63.8 吨、地球同步轨道运载能力为 26.7 吨)和美国德尔塔重型火箭(可将最多 28.79 吨的有效载荷送入低地轨道、将 11 吨有效载荷送入通信卫星所在的地球同步轨道)共同处于世界领先水平。

而此次长征五号 B 运载火箭的发射任务也是我国乃至亚洲运载火箭首次发射超过 20 吨的航天器,打破我国火箭纪录,再次巩固了“胖五”家族的地位。

正如上文所述,长征五号 B 运载火箭是在长征五号运载火箭的基础上改进研制而成,因此长征五号 B 运载火箭的实力也不容小觑。

根据《科技日报》报道,二者主要区别如下:

  • 外观和构型方面:相比于长征五号,长征五号 B“身高”矮大约 3 米,“体重”轻 20 吨,这是由于长征五号 B 少了芯二级和级间段;长征五号 B 的整流罩远大于长征五号,长度超 20 米,可容纳 10 余米长、4 米多粗的空间站核心舱;

  • 运送距离方面,长征五号的主要运送目的地都较为遥远,如约 36000 公里外的地球同步轨道、38 万公里外的月球、及最近也有 5 千万公里距离的火星;长征五号 B 则主要关注高度 200-400 公里的近地轨道;

  • 加速度方面,长征五号 B 的加速度更快。

这其中,最值得关注的是二者的构型:长征五号运载火箭为二级半构型、长征五号 B 运载火箭为一级半构型。

据了解,火箭分为单级火箭和多级火箭两类,火箭助推器算作半级。

长征五号 B 火箭只有一个芯级配备 4 个助推器,属于一级半火箭,其系统更具有稳定性——这是因为级间分离是火箭飞行中最容易出现的一个问题。

新一代载人飞船

提起杨利伟,我们一定不陌生。

2003 年 10 月 15 日 9 时,杨利伟乘坐由长征二号 F 火箭运载的神舟五号飞船首次进入太空,象征着中国太空事业向前迈进一大步。

神舟五号飞船属于神舟系列飞船,是中国自行研制,具有完全自主知识产权,达到或优于国际第三代载人飞船技术的飞船。

而此次长征五号 B 运载火箭主要荷载为新一代载人飞船试验船。

雷锋网通过 5 月 5 日晚间“长征五号 B 运载火箭首次飞行任务新闻发布会”上中国载人航天工程办公室主任助理季启明的介绍了解到,此次长征五号 B 遥一运载火箭搭载了新一代载人飞船试验船、柔性充气式货物返回舱试验舱以及十余项试验载荷。

而这其中的新一代载人飞船试验船,是面向我国空间站运营及未来载人探月需求而研发的新一代天地往返运输器。本次任务将对飞船高速载入返回的防热、控制、群伞回收及部分重复使用等关键技术进行验证。

该试验船是我国建立下一代空间站的重要运载工具,将为未来运送航天员往返打下技术基础。

据《科学大院》报道,该试验船质量大于 20 吨,超过了 13 吨重的“天舟一号”货运飞船,因此刷新了我国载荷投送质量的纪录;同时该试验船将是我国除了 2014 年发射的“嫦娥五号 T1”飞行试验器之外再入大气层时速度最快的航天器。

  • 新一代载人飞船相比于神舟系列飞船,有了不少改进。具体区别在于:

  • 新一代载人飞船只有 “指令舱-服务舱”两个舱段,“神舟”飞船为“轨道舱-返回舱-推进舱”三舱布局;

  • 新一代载人飞船底部直径扩大至 4.2 米,容积也进一步提升;

  • 新一代载人飞船吨位增大,仅指令舱就达到 7 吨,神舟飞船整船仅 8 吨;

  • 新一代载人飞船可回收利用,降低了飞行成本。

可见,此次火箭搭载的新一代载人飞船相较于神舟系列飞船的确有无可比拟的优越性。

我国空间站工程

据火箭发射当晚中国载人航天工程办公室主任助理季启明表示:

我国空间站将于 2022 年前后完成建造,一共规划 12 次飞行任务。此次任务后,将先后发射“天和”核心舱、“问天”实验舱和“梦天”实验舱,进行空间站基本构型的在轨组装建造;期间,规划发射 4 艘神舟载人飞船和 4 艘天舟货运飞船,进行航天员乘组轮换和货物补给。

那么,什么是空间站?

实际上,空间站又称太空站、航天站。是一种在近地轨道长时间运行、可供多名航天员巡访、长期工作和生活的航天器,不具备返回地球的能力(最终在大气层中被烧毁)。

20 世纪 60、70 年代,美国阿波罗 11 号飞船(即阿姆斯特朗乘坐的飞船)抢先登陆了月球,前苏联在太空竞赛中落败,因此转向了其他太空领域的探索,其中就包括空间站。

1971 年,世界首个空间站礼炮(Salyut)1 号问世,由前苏联发射升空。不幸的是,3 名航天员在乘坐礼炮 1 号上的联盟号飞船返回地球的过程中,由于返回舱上平衡阀异常打开造成的返回舱失压而全部死亡。

1973 年,美国紧随其后,发射了天空实验室号(Skylab)空间站,科学家利用该空间站做了许多关于医药、地质和天文等方面的科学实验。

此后,各国便开始了在空间站方面的不断探索。

如今,世界上在轨运行最大的空间站为国际空间站(International Space Station,ISS)。这一空间站于 2010 年完成建造任务转入全面使用阶段,主要由 NASA、俄罗斯国家航天集团(Roscosmos)、欧洲航天局(ESA)、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)和加拿大空间局(CSA)共同运营。

而当前我国的天宫一号(2011 年 9 月 29 日发射)、天宫二号(2016 年 9 月 15 日发射)都属于空间实验室,是一种开展空间试验活动的载人航天飞行器,可以说是空间站的雏形。

正如季启明所说,预计 2022 年前后,我国也将完成中国空间站(又称天宫空间站,Chinese Space Station )的建造并开始运营,规模约 100 吨,可载 3 人。

实现空间站阶段飞行任务首战告捷,拉开我国载人航天工程“第三步”任务——我国空间站在轨建造任务的序幕。

实际上,根据飞行任务规划,我国空间站工程共有关键技术验证、建造和运营 3 个阶段。其中,关键技术验证阶段包括长征五号 B 运载火箭首飞、试验核心舱发射等 6 次飞行任务,因此长征五号 B 运载火箭首飞成功的意义也便不言而喻。

雷锋网(公众号:雷锋网)在此祝愿我国空间站工程顺利推进。

参考

  • https://baike.baidu.com/item/%E9%95%BF%E5%BE%81%E4%BA%94%E5%8F%B7B%E8%BF%90%E8%BD%BD%E7%81%AB%E7%AE%AD/11368471?fr=aladdin

  • https://baijiahao.baidu.com/s?id=1665909234692657850&wfr=spider&for=pc

  • https://mp.weixin.qq.com/s/r6HHW32XB1D-kr6LjOZjoQ

  • https://mp.weixin.qq.com/s/-N7t8xXVAI-QAeI-4jNzmg

  • https://www.zhihu.com/question/392723496

  • https://mp.weixin.qq.com/s/UIEDq4Ntkc1fOtF-FOleQQ

  • https://mp.weixin.qq.com/s/UIEDq4Ntkc1fOtF-FOleQQ

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