长征五号B运载火箭首飞成功 “陕西力量”为首秀保驾护航

 

　　陕西力量

　　为长五B发射成功助力

　　5月5日18时，我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭在海南文昌发射场豪迈出征，成功将我国新一代航天飞船试验船送入近地轨道。

　　该型火箭的全系列动力由总部位于西安的航天科技集团六院提供;航天科技集团五院西安分院为试验船量身定制了中继终端和天线网络;航天科技四院提供了火箭的消氢点火装置和C/C密封材料，为火箭成功发射保驾护航。

 

　　航天六院：研制交付两种共10台主发动机

　　本次发射，六院为火箭研制交付了两种共10台主发动机，分别是2台50吨级氢氧发动机组成的芯一级动力和8台120吨级液氧煤油发动机组成的助推器。

　　航天六院院长刘志让介绍，除了为火箭飞向太空提供上千吨推力之外，在火箭搭载的新一代航天飞船试验船上，还有六院研制提供的返回舱和服务舱推进子系统，可以实现飞船在轨自主飞行段姿态、轨道控制以及返回再入过程中的姿态控制功能。其中，返回舱上配置了无毒推进剂推进系统方案。

　　试验飞船方面，六院开展了推进技术创新，返回舱推进子系统采用了新型单组元无毒推进系统技术方案，大大提高了系统安全性，为后期载人发射提供了较高的安全保障。此外，服务舱推进子系统新研制配套了目前国内航天器领域最大容积的贮箱。

 

　　零窗口发射、一级精准入轨

　　考验芯一级发动机

　　由于长五B火箭与长五火箭的任务要求、构型、载荷和入轨方式都不同，为芯一级发动机——大推力氢氧发动机带来了新的挑战。

　　首先，长五B火箭是为我国空间站建设服务的，后续将承担空间站发射对接任务，因此此次首飞将模拟这一工作条件，需要精准的发射时间，也就是“零窗口发射”。“说好几点几分，必须分秒不差。”长五火箭副总师王维彬介绍，“未来要实现在天上对接，到了时间点不发射，就错过了对接的最佳时机。”

　　其次，长五B火箭由助推发动机和芯一级发动机提供推力，和长五火箭相比没有了上面级发动机。也就意味着，在火箭助推分离的瞬间，加速度将更大，紧接着由于助推分离丧失一部分推力，加速度瞬间达到最低。发动机必须适应短时间内入口压力的剧烈变化。

　　长五B的新构型带来了第三个挑战，也就是“一级精准入轨”。空间位置六个自由度，都必须精准控制。长五火箭有上面级发动机，可以由姿控系统进行有效控制。但本次任务，需要大推力发动机直接将有效载荷精准送入预定轨道，对于发动机关机推力变化的精准预测和一致性分析有更高的要求。“对推力室而言，就是燃烧要稳，避免工作中的压力脉动。此外，也要求阀门和涡轮泵动作的一致性要好。”航天科技集团六院北京11所原推力室设计部主任许晓勇说。

　　针对上述三个挑战，研制队伍通过大量的课题研究与试验验证，将这些难点逐一攻克。

　　新型姿控发动机

　　让新飞船飞得更稳

　　试验飞船由返回舱和服务舱两舱结构组成，航天科技集团六院801所承担了两舱推进系统的研制工作。

　　服务舱推进系统首次成功设计了适应超大推进剂装载量的空间推进系统，研制了目前国内容积最大的2900L表面张力贮箱，研究并采用连续气体激励法进行超大容积表面张力贮箱推进剂剩余量的计算。

　　返回舱推进系统成功研制了空间推进系统领域首创的返回舱无毒推进系统及其关键单机——无毒HAN基发动机，并在推进系统设计中适当考虑了重复使用问题。新一代载人飞船试验船推进系统的研制，将为未来载人登月及低成本重复使用航天技术奠定了一定的技术基础。

　　服务舱推进系统配套4台2500N轨控发动机和20台姿控发动机，为飞船飞行和变轨提供精准动力。发动机配置了燃烧稳定装置，进行了全面系统的动态燃烧稳定性评定试验，是国内第一台“动态稳定”的空间发动机，可保证载人飞船高可靠性、高安全性的特殊要求。

 

　　航天五院：一次运送6-7名航天员 安全性高、可重复使用

　　据航天科技集团五院西安分院专家介绍，新一代载人飞船是全面升级的天地往返交通工具，采用返回舱与服务舱两舱构型，在未来执行近地轨道任务时可一次运送6-7名航天员。这次亮相的新一代载人飞船试验船由航天科技集团五院抓总研制。该飞船适应载人和载货等多项任务，满足我国近地空间站运营和载人后续工程等任务需求，是高安全、可重复使用的载人天地往返运输飞行器。航天科技集团五院西安分院为试验船量身定制了中继终端和天线网络，确保了试验船与地面的实时通信。

　　据西安分院新一代载人飞船试验船研制负责人余晓川介绍，相比以往的飞船飞行任务，在此次的飞行任务中，中继终端面临着两方面的挑战：首先是由于新一代载人飞船试验船运行的轨道为近地点高度约为300公里、远地点高度为18000公里的大椭圆轨道，试验船运行的速度和与中继卫星之间的距离都会产生变化，这对中继终端的捕获和中继通信能力提出了更高要求。其次是由于该试验船运行轨道空间辐射效应较强，在运行过程中，可能会因为空间单粒子效应而影响通信质量。

　　西安分院为试验船研制的天线网络虽然体积很小，却能量巨大，整个试验船上十余幅天线的信号都必须通过天线网络来传输，它是试验船重要的“信号枢纽”。

　　航天四院：消氢点火装置和C/C密封材料成功应用

　　在这次发射中，航天科技四院42所研制的消氢点火装置和43所研制的C/C密封材料成功应用于长五B火箭，为其成功发射保驾护航。

　　长征五号B运载火箭是在长征五号基础上改进研制的新型运载火箭，采用无毒无污染的液氧、液氢和煤油作为推进剂。消氢点火装置能点燃火箭发射的“第一把火”，消除火箭发射前排放的大量低温氢气，安全护航长征五号B。该装置采用高安全性的药剂材料和先进的控制技术，确保能够“准时、准确”点火，待消除氢气后又能及时“熄火”。实施双层保护设计，不仅能承受火箭发射时产生的高热流冲击，而且具有防爆功能，避免可能引起的安全事故。

　　另外，长征五号B运载火箭采用120吨液氧/煤油发动机，而43所研制的C/C密封材料应用于液氧煤油发动机涡轮泵关键部位，能在高低温、高压、高速旋转条件下工作，具有自润滑特性以及高强耐磨低渗透特点，在多型液体火箭发动机中发挥了重要作用。 华商报记者 马虎振

 

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