○文 閔

2020 年5 月5 日18 時0 分，隨著海南文昌發(fā)射場一聲巨響，長征五號B運載火箭搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙點火升空。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入預(yù)定軌道，標志著我國空間站階段飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷，拉開了我國載人航天工程“第三步”任務(wù)序幕，為后續(xù)空間站核心艙、實驗艙發(fā)射奠定了堅實基礎(chǔ)！

建設(shè)具有國際先進水平的空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應(yīng)用問題，是我國載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略中第三步的任務(wù)目標。而長征五號B運載火箭（以下簡稱“長五B火箭”）就是專為我國載人空間站工程研制的運載火箭，從立項到首飛，經(jīng)歷了近十年的研制歷程。

鏈接：中國載人航天工程“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。

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

長征五號系列火箭，由于火箭芯級直徑大，被大家親切地稱為“胖五”。習(xí)近平主席在對全球直播的2020年新年講話中，特別高興地提到了“長征五號遙三”（以下簡稱“長征五號火箭”）于2019 年12月27 日在海南文昌成功發(fā)射的消息。而此次出鏡的長五B 火箭與長征五號火箭同屬“胖五”家族。長五B 火箭是以長征五號火箭為基礎(chǔ)改進研制而成。兄弟倆雖然外形上有些相似，但兩型火箭在設(shè)計、用途等方面卻大不一樣。

我們先來看看兩者的基本信息（見下表）。

從表中我們可以看到二者有很多相似點：首先，它們都很“胖”，這體現(xiàn)在芯級直徑和助推器直徑上；其次，它們有五十多米偉岸的身高，同時具有4 個助推器；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，龐大的身軀里都是滿滿的“黑科技”，如大推力液氧液氫發(fā)動機技術(shù)、大推力液氧煤油發(fā)動機技術(shù)、大型活動發(fā)射平臺技術(shù)、系統(tǒng)級冗余控制技術(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，長征五號火箭采用兩級半構(gòu)型，由芯一級+助推器+芯二級+整流罩組成；長五B火箭采用一級半構(gòu)型，由芯一級+助推器+整流罩組成。從外觀上看，長五B 火箭比大哥長征五號火箭個頭矮了約3米，“體重”輕了約20噸。兩者的最大區(qū)別在于整流罩，長征五號火箭的整流罩長度大約12.3 米，而長五B 火箭擁有目前我國最長、最大的整流罩，整流罩長度達到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，長征五號火箭一般用于發(fā)射高軌道的大型衛(wèi)星以及各類深空探測器，例如實踐二十號衛(wèi)星、嫦娥五號月球探測器、火星探測器等；長五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驗艙等，還能用于載人航天發(fā)射。從運載能力上看，長征五號火箭地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GT0）運載能力約為14 噸，長五B火箭近地軌道（LEO）運載能力約為22噸。

就運載能力而言，長五B 火箭在全世界處于一流水平，位列現(xiàn)役火箭第三，僅次于美國太空探索公司的獵鷹重型運載火箭和美國宇航局的德爾塔-4 重型運載火箭。此前，我國近地軌道運載能力約為14 噸（長征七號）。長五B 火箭首飛成功，使我國大型運載火箭的技術(shù)水平進入世界第一梯隊，與俄羅斯“質(zhì)子-M”火箭、美國“獵鷹-9”火箭、“德爾塔-4”火箭、歐洲“阿麗亞娜-5”火箭的運載能力相當(dāng)。同時，長五B火箭也是我國新一代運載火箭系列化發(fā)展的代表，將為后續(xù)重型運載火箭的研制提供重要技術(shù)積累。

長五B 運載火箭專注于地球附近約200 千米～400 千米的軌道，這里是我國空間站建設(shè)的主戰(zhàn)場，后續(xù)空間站核心艙等主要艙段都要由長五B 火箭送上天。為了當(dāng)好運送空間站艙段的“專屬列車”，長五B 火箭開展了多項技術(shù)攻關(guān)和創(chuàng)新，掌握了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。為保證未來空間站建設(shè)順利實施，長五B火箭采用四大“黑科技”。

一是超大整流罩。整流罩是運載火箭的重要組成部分，用于保護衛(wèi)星或其他有效載荷免受氣動力、氣動加熱及聲振等有害環(huán)境的影響。為改善氣動特性，長五B火箭的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。另一個技術(shù)難點在于如何做到安全可靠的分離。經(jīng)過多方案比較，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對接等任務(wù)，好比在數(shù)百千米高的太空“穿針引線”，時間有絲毫誤差，都有可能失之交臂，導(dǎo)致耗費更大的代價調(diào)整軌道。作為未來發(fā)射空間站核心艙和實驗艙的火箭，空間交會對接任務(wù)對長五B火箭提出了“零窗口”發(fā)射需求，發(fā)射時間精度誤差要控制在1秒以內(nèi)。雖然它不是第一型實施“零窗口”發(fā)射的火箭，但作為采用液氫、液氧等低溫推進劑的“冰箭”，長五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，也開創(chuàng)了新一代運載火箭“零窗口”發(fā)射的先河。

三是大直徑艙箭分離?？臻g站艙段和長五B火箭的連接接口直徑超過4 米，“乘客”和火箭的分離不是“下車”那么簡單，需要考慮可靠性、沖擊環(huán)境等多個方面的因素，既要確保安全分離，又要盡量將分離過程中出現(xiàn)的沖擊環(huán)境等不利影響降到最低。長五B火箭研制團隊圍繞降低和改善沖擊環(huán)境開展了專題攻關(guān)，對多種降沖擊方案進行比較和試驗后，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，長五B火箭可以像把嬰兒抱出嬰兒車那般輕柔、謹慎地完成空間站艙段與火箭的分離。

四是大推力直接入軌。作為一級半構(gòu)型的火箭，長五B火箭沒有單獨的調(diào)姿和末速修正系統(tǒng)，而是利用一級火箭直接將有效載荷送入預(yù)定軌道。經(jīng)過仿真分析、系統(tǒng)綜合實驗、半實物仿真實驗等考核評估，大推力直接入軌精度控制和分離安全控制技術(shù)的有效性得到了驗證，長五B火箭成為第一型只靠助推器及一級飛行就能實現(xiàn)有效載荷精確入軌的火箭。要知道，我國現(xiàn)役火箭都是多級火箭，原理是先通過下面級火箭點火加速，再通過上面級的火箭調(diào)節(jié)入軌的姿態(tài)和入軌精度。這就好比接力賽，不同級次的火箭分別承擔(dān)“起跑、加速跑、沖刺跑、撞線跑”的“接力”過程。而長五B火箭則只用一級半火箭直接入軌，相當(dāng)于一個運動員跑完全程，“一步登天”。雖然級數(shù)減少了，但是長五B火箭的運載能力卻沒有降低，而且是我國現(xiàn)役火箭中近地軌道運載能力最大的火箭。

我國航天事業(yè)的進一步發(fā)展離不開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。長五B火箭首飛成功，驗證了火箭總體方案、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)，為我國空間站在軌建造任務(wù)奠定了重要基礎(chǔ)。只有通過推力強大的長五B火箭，才能把質(zhì)量在20噸級別的各個空間站艙段送入太空中。長五B火箭的成功發(fā)射，預(yù)示我國的空間站建設(shè)將要拉開大幕。

長五B火箭的首飛任務(wù)是把中國新一代載人飛船試驗船送入近地軌道。那么，我們來看看長五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船，是面向我國空間站運營及未來載人探月需求而研發(fā)的新一代天地往返運輸器。本次任務(wù)將對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)進行驗證。柔性充氣式貨物返回艙試驗艙，是我國新型空間運輸飛行器的試驗器。本次任務(wù)對充氣展開式返回飛行器軌道再入關(guān)鍵技術(shù)進行驗證。

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，未來主要降落在海上，進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，支撐我國空間站建設(shè)，還能勝任載人登月等更遙遠深空的探測重任，更具備著載人+運貨的強大本領(lǐng)，這將有力拓展我國載人航天器的應(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)上進行了簡化，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力中心。而老的神舟飛船是三個艙室，多了一個軌道艙。不過多了一個艙室，并不代表運載能力就更強。實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，未來里面可以根據(jù)任務(wù)需求做“隔間”，打造工作區(qū)、娛樂區(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。神舟飛船只能運輸3個人。另外新飛船返回艙的外形也改成了國際主流的鈍頭圓錐體。這樣的設(shè)計非常有利于返回艙穿越大氣層，同時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)報道需要至少達到10次重復(fù)使用的能力，所以對防熱隔熱的要求就更高了。神舟飛船的防熱設(shè)計使得它只能使用一次就報廢，新飛船使用了新的防熱材料和隔熱設(shè)計，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的對接口，能夠?qū)崿F(xiàn)與空間站的對接，用于人員和貨物的轉(zhuǎn)運。新飛船還使用了模塊化設(shè)計，主要是針對空間站運輸任務(wù)和深空探測任務(wù)來進行模塊組合。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，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輸任務(wù)時，由于不需要進行長時間的飛行，因此服務(wù)艙燃料可以少搭載，發(fā)動機的推力也可以適當(dāng)減小，這時就可以使用小型服務(wù)艙。而執(zhí)行深空探測任務(wù)時，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)動機，能夠提供軌道轉(zhuǎn)移、與空間站對接的動力外，還配備了可折疊的大尺寸太陽能帆板，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驗之后，我國的空間站也將完工。根據(jù)目前的計劃，接下來直到2022年，還有12 次飛行任務(wù)，航天部門將陸續(xù)發(fā)射天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙，最后進行空間站的在軌組裝建造。而在完成空間站的建造之后，新一代飛船則會承擔(dān)起空間站與地球之間的人員和貨物運輸任務(wù)，成為真正的太空快遞船，實現(xiàn)貨物直達空間站。

長五B 火箭首飛成功后，參與我國載人航天工程建設(shè)的長征火箭“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 艘無人飛船、6 艘載人飛船、2 個空間實驗室送入太空的長征二號F；貨運飛船“專屬列車”長征七號；空間站建設(shè)的核心骨干長五B 火箭。后續(xù)任務(wù)中，長五B火箭主要完成載人空間站核心艙及兩個實驗艙的發(fā)射任務(wù)；長征七號運載火箭主要用于發(fā)射“天舟”貨運飛船，為空間站和航天員運送物資；長征二號F 主要負責(zé)將航天員送入空間站?！叭率俊睂y手合作，助力我國空間站早日建成，為中國航天搭建更廣闊的舞臺。

最后引用《中共中央國務(wù)院中央軍委對長征五號B運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。

“探索浩瀚太空永無止境，攀登科技高峰任重道遠。載人航天工程后續(xù)任務(wù)艱巨繁重，面臨的困難和考驗嚴峻復(fù)雜。希望你們更加緊密地團結(jié)在以習(xí)近平同志為核心的黨中央周圍，以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，全面貫徹黨的十九大和十九屆二中、三中、四中全會精神，大力弘揚‘兩彈一星’精神和載人航天精神，在航天報國和科技強國的偉大實踐中，不忘初心、牢記使命，奮發(fā)有為、再立新功，為實現(xiàn)‘兩個一百年’奮斗目標、實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢作出新的更大貢獻！”