再問蒼穹 從“新”出發(fā)

椰風(fēng)碧海，巨箭聳立；馴火牧天，撼山動地?？?！長征火箭再度出征，中國航天以奮進(jìn)的姿態(tài)走到一個新的歷史坐標(biāo)。

這一幕，似曾相識。130多天前，長征五號遙三運(yùn)載火箭成功飛天，“胖五”再度叩響太空之門。

這一幕，又倍感新鮮。長征五號B運(yùn)載火箭接過“哥哥”長征五號的“接力棒”，以探索太空的勇者姿態(tài)，扶搖直上九天。

這一飛，標(biāo)志著中國空間站階段飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷；這一飛，拉開了我國載人航天工程“第三步”任務(wù)的序幕。這是中國航天的一小步，也是建成未來空間站的一大步。

以文昌發(fā)射場為新起點(diǎn)，長征五號B運(yùn)載火箭的首飛帶上了“新乘客”——新一代載人飛船試驗(yàn)船。新的火箭、新的飛船試驗(yàn)船又有哪些新特點(diǎn)、新功能？請隨記者一道去看一看。

新火箭——

身懷獨(dú)門絕技的“大力士”

■徐 童 解放軍報(bào)記者 安普忠

繼承“哥哥”長征五號的優(yōu)秀基因，“弟弟”長征五號B同樣是地地道道的“大力士”—火箭芯一級直徑為5米，捆綁4個直徑3.35米的助推器，全長約53.7米，起飛質(zhì)量約849噸，近地軌道運(yùn)載能力大于22噸。

但仔細(xì)比較不難發(fā)現(xiàn)，長征五號B和長征五號有著諸多不同——

從構(gòu)型上看，長征五號B的“骨架”更緊湊了。長征五號采用兩級半構(gòu)型，而長征五號B則首次采用一級半構(gòu)型。熟悉長征運(yùn)載火箭家族的朋友都知道，過去的長征系列運(yùn)載火箭都是兩級以上構(gòu)型，而長征五號B獨(dú)特的一級半構(gòu)型就是為了練就“一氣呵成”“精準(zhǔn)入軌”的絕技。

從外觀上看，長征五號B的“腦袋”更大了。長征五號B的超大整流罩長度達(dá)20.5米，比長征五號整流罩長了近8米，是我國目前最大的火箭整流罩。

從用途上看，長征五號B搭載的“乘客”更特殊了。長征五號主要用于發(fā)射高軌道大型衛(wèi)星以及各類深空探測器，例如嫦娥五號月球探測器、火星探測器等；長征五號B則是用于發(fā)射近地軌道的大型衛(wèi)星及飛船，如載人空間站的核心艙等。

從運(yùn)載能力看，長征五號B的“肌肉”更發(fā)達(dá)了。長征五號地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力約為14噸，而長征五號B近地軌道運(yùn)載能力大于22噸。

如果僅看兩位“兄弟”的表面差異，那未免太小瞧“弟弟”長征五號B了。真正讓“弟弟”長征五號B獨(dú)步“箭林”、傲視群雄的，是它那擁有諸多首創(chuàng)、獨(dú)特的航天“黑科技”。

先來看看長征五號B的超大整流罩。這個超大整流罩有6層樓房高，如此寬敞的空間，是發(fā)射空間站核心艙和實(shí)驗(yàn)艙獨(dú)享的“私人定制”。這頂超級大的“桂冠”，既是長征五號B的身份標(biāo)識，也是它的專屬配制。但對研制團(tuán)隊(duì)來說，長征五號B的超大整流罩可不像是做帽子那樣簡單，加大一下尺碼就可以完成。

為了改善氣動特性，長征五號B的整流罩采用了馮·卡門曲線外形設(shè)計(jì)，可以有效減少空氣的阻力和載荷的影響。而要想把這個分量很重的“帽子”在太空中“摘”下來，也不是一件容易事。經(jīng)過多個方案比較，研制團(tuán)隊(duì)最終采用旋轉(zhuǎn)式分離方案，攻克這一難題。

長征五號B沒有單獨(dú)的調(diào)姿和末速修正系統(tǒng)，而是利用一級半構(gòu)型火箭直接將有效載荷送入預(yù)定軌道。也就是說，從點(diǎn)火到入軌要“一鼓作氣”。這就好比打籃球，原來的多級構(gòu)型火箭，從發(fā)球到投籃，可以經(jīng)過幾名隊(duì)友傳遞配合，一步步完成。但長征五號B一上場便要投3分球。

如何保證長征五號B“一投就進(jìn)”呢？這就需要解決“上得去”和“投得準(zhǔn)”的問題。研制團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮了液氧煤油發(fā)動機(jī)大推力、氫氧發(fā)動機(jī)高比沖的優(yōu)勢，有效解決了“上得去”的問題；創(chuàng)新運(yùn)用姿態(tài)控制增益優(yōu)化和復(fù)合制導(dǎo)方法，提高火箭姿態(tài)控制精度，成功解決了“投得準(zhǔn)”的問題。

艙箭分離同樣是一大關(guān)鍵技術(shù)?？臻g站艙段和長征五號B連接接口直徑超過4米，要讓這個重達(dá)20多噸的空間站艙段安全順利地“到站下車”絕非易事。這好比在高速行駛的兩輛汽車上傳遞嬰兒，既要確保安全分離、順利交接，又要將過程中出現(xiàn)的碰撞風(fēng)險降到最低，以免“磕碰”到“嬰兒”。

研制團(tuán)隊(duì)圍繞降低和改善沖擊環(huán)境開展了專題攻關(guān)，采用“隔沖框+阻尼盒”降沖擊方案，應(yīng)用顆粒阻尼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)減振降噪，讓空間站艙段在“下車”過程中，不會感到較大顛簸。同時，為了提高艙箭分離后的安全裕度，還增加了2枚離軌火箭，確保分離后火箭一級箭體可以及時避開空間站艙段的軌道面。

可以說，長征五號B的發(fā)射過程看似簡單，其中的技術(shù)并不簡單；長征五號B與長征五號“長相”相似，卻有著別具一格的硬核功能。

在文昌航天發(fā)射場，長征五號B運(yùn)載火箭做相關(guān)測試。

新發(fā)射場——

駛向太空的中國“母港”

■呂道凱 解放軍報(bào)記者 安普忠 特約記者 王玉磊

文昌航天發(fā)射場，是長征五號B的起點(diǎn)，也是我國載人航天工程“第三步”任務(wù)的起點(diǎn)。

隨著長征五號B在文昌航天發(fā)射場發(fā)射成功，這座最年輕、最先進(jìn)、最生態(tài)的航天發(fā)射場再次成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

記者從13年前一張泛黃的報(bào)紙，追溯到文昌航天發(fā)射場誕生的印跡：為了適應(yīng)我國航天事業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，滿足新一代無毒、無污染運(yùn)載火箭和新型航天器發(fā)射任務(wù)需求，經(jīng)國務(wù)院、中央軍委批準(zhǔn)，我國將在海南省文昌市建設(shè)新的航天發(fā)射場。

當(dāng)時，發(fā)射場的選址就在文昌市星光村高大茂密的原生態(tài)椰林中。從此，星光村與航天發(fā)射緊緊地交織在一起。

2016年6月25日，文昌航天發(fā)射場完成首次發(fā)射任務(wù)——長征七號運(yùn)載火箭首飛成功，標(biāo)志著發(fā)射場能力全面形成，向“發(fā)射能力強(qiáng)、運(yùn)載效率優(yōu)、安全系數(shù)高、生態(tài)保護(hù)好”的建設(shè)目標(biāo)又邁出堅(jiān)實(shí)一步。

2016年11月3日，我國新一代大型運(yùn)載火箭長征五號再次從文昌航天發(fā)射場首飛成功，實(shí)現(xiàn)了我國火箭運(yùn)載能力由10噸級到20噸級的重大躍升，標(biāo)志著我國運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)升級換代，跨入世界大噸位火箭發(fā)射行列，對我國從航天大國邁向航天強(qiáng)國具有里程碑意義。

長征五號B的首飛成功，標(biāo)志著空間站工程建設(shè)進(jìn)入了實(shí)質(zhì)階段。從此，文昌航天發(fā)射場全面進(jìn)入載人空間站建設(shè)、火星探測、月球采樣返回等重大航天工程任務(wù)期，必將成為中國空間站的“母港”和補(bǔ)給基地。

在中國航天史的年輪刻度上，1970年是中國航天事業(yè)的“元年”。這年4月，我國成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星——“東方紅一號”。

從第一顆人造衛(wèi)星順利升空，到長征五號B首飛成功，中國航天事業(yè)走過了50年的“長征”。50年來，中國航天實(shí)現(xiàn)了大推力火箭發(fā)射能力的突破、信息化指揮控制能力的突破、生態(tài)型環(huán)保型集約型發(fā)射場建設(shè)的突破……

從酒泉到太原，從西昌到文昌，50年來，中國航天發(fā)射場形成了沿海內(nèi)陸、高低維度、各種射向相結(jié)合的科學(xué)合理、愿景宏大的戰(zhàn)略格局，在中國建設(shè)航天強(qiáng)國的征程中發(fā)揮重要作用。

自2014年建成以來，文昌航天發(fā)射場以緯度最低、射向范圍寬、運(yùn)載效能高、運(yùn)輸限制少、落區(qū)安全性好等特點(diǎn)，承擔(dān)了地球同步軌道衛(wèi)星、貨運(yùn)飛船等發(fā)射任務(wù)。

未來，為適應(yīng)新的使命任務(wù)，文昌航天發(fā)射場將廣泛運(yùn)用人工智能和自動控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)現(xiàn)代化和管理能力現(xiàn)代化，具備快速機(jī)動發(fā)射和重型火箭發(fā)射測控能力，中國航天將從這里向更遠(yuǎn)的深空進(jìn)發(fā)。

新一代載人飛船試驗(yàn)船。

新飛船試驗(yàn)船——

天地往返的太空“新巴士”

■解放軍報(bào)記者 譚靚青

此次與長征五號B同行的，還有一款全新的太空“新巴士”——新一代載人飛船試驗(yàn)船，未來它將承擔(dān)運(yùn)送航天員往返的神圣使命。

與之前神舟系列飛船相比，這輛太空“新巴士”做了全面升級。

“車型”更實(shí)用了——

與過去的“三艙機(jī)構(gòu)”設(shè)計(jì)完全不同，“新巴士”去掉了軌道艙，由返回艙和服務(wù)艙兩艙構(gòu)成。雖然艙的數(shù)量做了“減法”，但內(nèi)部空間反而做了“加法”，大直徑的兩艙設(shè)計(jì)讓“新巴士”在執(zhí)行近地軌道任務(wù)時可以運(yùn)送6-7名航天員。同時，返回艙由密封艙和非密封艙組成，密封艙內(nèi)的空間可根據(jù)載人或載貨需求進(jìn)行靈活配置，賦予了這輛“新巴士”的貨運(yùn)功能。

內(nèi)部設(shè)計(jì)更宜居了——

為了給航天員營造一個溫馨舒適的“乘車環(huán)境”，科研人員在艙內(nèi)裝飾、設(shè)備布局、人機(jī)交互界面、載人環(huán)境等方面進(jìn)行了全面升級，提升了航天員在天地往返過程中的“乘車體驗(yàn)”。

飛行“路線”更多樣了——

按照未來載人航天工程任務(wù)需要，基于模塊化設(shè)計(jì)的“新巴士”要滿足近地空間站運(yùn)營、載人登月、載人深空探測等多任務(wù)能力，這就要求“新巴士”的軌道運(yùn)行“路線”更為靈活。最遠(yuǎn)時，它將達(dá)到全新的軌道高度。

新的高度帶來了全新挑戰(zhàn)。眾所周知，飛船軌道高度越高，返回地球的速度越快。之前神舟系列飛船從近地軌道返回時，速度為每秒7.9公里的第一宇宙速度，而“新巴士”最大返回速度接近每秒11.2公里的第二宇宙速度，這對“新巴士”的防熱性能提出了更高的要求。為此，“新巴士”的返回艙首次采用新型輕質(zhì)、耐燒蝕的碳基防熱材料，耐熱能力得到有效提升。

綜合性能更強(qiáng)了——

“新巴士”采用太陽電池翼發(fā)電、鋰電池儲能的光伏供電系統(tǒng)。其中，中國電子科技集團(tuán)為“新巴士”量身定制的“超大超能”太陽電池陣，是我國目前LEO軌道發(fā)電面積最大的三結(jié)砷化鎵剛性太陽電池陣。

除此之外，“新巴士”還擁有單組元無毒發(fā)動機(jī)、高轉(zhuǎn)換效率太陽電池、TTE高速通信網(wǎng)、分布式一體化電子系統(tǒng)、多終端綜合人機(jī)交互系統(tǒng)等一系列“黑科技”產(chǎn)品，使“新巴士”綜合性能得到全面躍升。

使用更“環(huán)?！绷恕?/p>

性能強(qiáng)大的同時，“新巴士”還格外“節(jié)能環(huán)?！保@得益于它的可重復(fù)天地往返運(yùn)輸飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)。“新巴士”的兩艙設(shè)計(jì)，可以將大部分有價值的設(shè)備集中放置在返回艙。這樣一來，當(dāng)返回艙返回地球后，飛船上大部分設(shè)備可以重復(fù)使用。同時，“金屬結(jié)構(gòu)+防熱結(jié)構(gòu)”的錐形設(shè)計(jì)和單組元無毒推進(jìn)系統(tǒng)，大大提高了飛船安全返回和重復(fù)使用性能，大幅降低飛行運(yùn)營成本，走出了一條低成本、高效益的特色發(fā)展道路。

安全系數(shù)更高了——

“新巴士”采用基于風(fēng)險分析評估的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，消除平臺關(guān)鍵功能的系統(tǒng)單點(diǎn)，全面提升了系統(tǒng)可靠性和安全性，具備全任務(wù)階段自主應(yīng)急救生能力。

每一次出征都是新的跨越：“神五”1人1天，“神六”2人5天，“神七”3人3天，“神九”3人13天，“神十”3人15天，“神十一”2人33天。隨著新一代載人飛船試驗(yàn)船投入使用，相信未來我國載人航天工程將會續(xù)寫新的輝煌。

（照片提供：史 嘯、石 峰）

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