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送空間站核心艙“天和”入軌的，為何是“胖五”B火箭？

新京報訊（采訪人員 李玉坤）4月29日，由中國航天科技集團有限公司一院抓總研制的長征五號B遙二運載火箭在文昌航天發射場點火升空，將載人航天工程空間站天和核心艙精準送入預定軌道，我國載人航天工程空間站建設首戰告捷，中國載人航天工程空間站建設正式拉開大幕。
送空間站核心艙“天和”入軌的，為何是“胖五”B火箭？
文章插圖
長征五號B遙二運載火箭在文昌航天發射場點火升空。史嘯 攝
出身：為空間站建設而生
長征五號B火箭是專門為我國載人航天工程空間站建設而研制的一型新型運載火箭，于2020年5月5日成功首飛。長征五號B遙二火箭發射空間站核心艙，是長征五號B火箭的首次應用性發射。
據航天科技集團一院長征五號系列火箭總指揮王玨介紹，長五B火箭是我國首型“一級半”火箭，是目前近地軌道運載能力最大的運載火箭，代表了我國運載火箭技術的最高水平，近地軌道運載能力不低于22噸，是個不折不扣的“大力士”。
長征二號F運載火箭系統、長征七號運載火箭系統以及長征五號B運載火箭系統，均由中國航天科技集團研制，是目前載人航天工程中的三大運載火箭系統。
長征五號B運載火箭主要完成載人空間站核心艙及兩個實驗艙的發射任務；長征七號運載火箭主要用于發射天舟貨運飛船，為空間站和航天員運送物資；長征二號F運載火箭主要負責將航天員乘坐的神舟飛船送往空間站。據悉，空間站各艙段和貨運飛船將在中國文昌航天發射場發射，神舟載人飛船將在中國酒泉衛星發射中心發射。
外觀：“膀闊腰圓”，超長整流罩
長五B芯級采用5米直徑，捆綁4個3.35米直徑的助推器，全箭總長約53.66米，起飛質量約849噸，起飛推力約1068噸，近地軌道運載能力25噸級。
從外觀上看，長五B的個子比長五矮一點，但是“頭部”比長五要大了許多，因為有一個特別大的整流罩。
長五B整流罩長20.5米，直徑5.2米，有6層樓那么高，是迄今為止我國最大的火箭整流罩。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，分離也更安全可靠。
這是為了發射載人航天工程空間站核心艙和實驗艙而專門設計的，可以說是“私人定制”。巨大的整流罩能很好地保護核心艙，讓它在飛行過程中像“坐沙發”一樣舒服。
整流罩由端頭、馮卡門錐段、組合前柱段、后柱段和轉接框組成，整流罩的可靠分離成為擺在研制人員面前的一關。研制人員開展了分多次仿真分析、分離試驗，采用彈性整流罩分離仿真技術、大型整流罩地面分離試驗技術，解決了這個難題。另外，整流罩部位的氣動加熱作用也更明顯，特別是安裝在整流罩附近的火工品所處的環境也更熱了，對火工品提出新的考驗，為此專門開展了相關分析研究和試驗工作。
“神技”：一級半直接入軌
長征五號B火箭由航天一院抓總研制，采用一級半構型，是目前世界在役火箭中唯一一款一級半直接入軌的火箭。火箭系統簡潔，所有發動機的點火都在地面完成，也無需進行級間分離、高空發動機啟動等動作，降低了故障發生的概率，可靠性提升。
要實現一級半入軌，對火箭的發動機是個考驗。長征五號B火箭助推器配置液氧煤油發動機，一級火箭配置氫氧發動機。前者具有推力大的特點，讓火箭點火后獲得較大的加速度，后者具有高比沖的優勢，可以為火箭提供高效的速度增量。
“氫氧和液氧煤油兩種發動機組合形成的‘基因’，決定了能夠構造出一級半直接入軌的火箭，而且火箭的固有可靠性天生就高。”長征五號B火箭總體副主任設計師李平岐說。
長五B火箭特有的“大推力直接入軌精度控制”，則對箭上控制系統提出新挑戰。“就好比一輛正在行駛的汽車，當它速度很慢時，踩一腳剎車就能很容易停到指定位置，然而當它速度很快時，這就變得很難。”12所長五B火箭姿控系統副主任設計師張宇說，“更何況長五B火箭采用兩臺大推力氫氧發動機直接送載荷入軌，沒有單獨的調姿和末速修正系統，如果再采用傳統的姿態控制方式很難達到精度要求。”
突破：“零窗口”發射，為交會對接贏得1分鐘
空間站核心艙到位后，實驗艙Ⅰ和試驗艙Ⅱ要與核心艙通過交會對接，在軌進行組裝。交會對接就好比在太空“穿針引線”，失之毫厘謬以千里，一旦出現偏差，空間站艙段就要消耗燃料來變軌，滿足對接要求，造成能力損失。
長征五號B火箭是低溫火箭，面臨著低溫推進劑加注問題和復雜的發射前流程，實施“零窗口”發射相比常溫火箭難度大得多。

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