2022-07-24 胖五再出征 如何做到分秒不差发射

澎湃新闻记者 谢瑞强

本文图片来源：中国航天科技集团运载火箭技术研究院

“胖五”再度出征，“问天”顺利入轨。

7月24日，由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院（简称：“火箭院”）抓总研制的长征五号B遥三火箭拔地而起，成功将问天实验舱发射至预定轨道。

问天实验舱是我国空间站建造阶段首个实验舱，也是我国迄今为止发射的最重载荷。此次任务是今年完成空间站在轨建造承上启下的关键之战，其发射成功意义重大。

首次执行零窗口发射任务

作为我国目前近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭，长征五号B运载火箭（以下简称“长五B火箭”）拥有长达20.5米的国内最大整流罩，近地轨道运载能力达到25吨级，问天实验舱是我国迄今为止重量最大的载荷，重量约为23.2吨，长五B火箭是发射问天实验舱的最佳选择。

在过去近两年 ，包括此次发射在内，长五B火箭表现不俗，取得了三战三捷的成绩：2020年5月5日首飞成功，将新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱送入太空；2021年4月29日，长五B火箭成功发射天和核心舱，空间站建造的开局之战圆满成功。此次发射成功后，长五B火箭还将在10月发射梦天实验舱，之后三舱形成“T”字基本构型，完成中国空间站在轨建造。

此次发射问天舱，是我国大型低温火箭第一次执行交会对接任务，对火箭的运载能力、入轨精度和发射可靠性都提出了更高要求。本次任务中，长五B火箭实施零窗口发射，这也是长五系列火箭首次执行零窗口发射任务。

火箭院长五B火箭总体副主任设计师刘秉介绍：“问天实验舱需要与空间站天和核心舱进行快速交会对接，因此，必须在规定时间分秒不差地发射，否则将无法到达指定位置，需要耗费巨大代价调整轨道；甚至导致发射终止，那就需要等待下一个发射窗口重新组织发射，严重影响任务周期。”

为保证准时发射，型号队伍对射前负10分钟的发射流程进行了优化，将部分流程前置。其实，距离发射2.5分钟时，火箭就已完成发射前各项准备工作，具备了点火发射能力，随时可发射。虽然只有短短的2.5分钟，但对型号队伍来说却意味着宝贵的时间和机会，射前万一发生突发情况，型号队伍可在这2.5分钟内迅速作出决策、进行处置。

准时点火只是开始，精准入轨才是成功。刘秉介绍，长五B火箭还应用了起飞时间偏差修正技术，最大修正时间为2.5分钟。“通俗理解，火箭最迟可推延2.5分钟发射，在0到2.5分钟这个时间段内的任一时间点发射，火箭都可以在飞行过程中自动修正因推迟发射导致的飞行偏差，将实验舱精准送入预定轨道白熊资讯网。”

长五B是低温火箭，面临着低温推进剂加注问题和复杂的发射射前流程，实施零窗口发射相比常温火箭难度大得多。

原来，各系统只能按时序完成射前指令，把时间消耗在等待上一流程上。“就像面对逐题试卷限时竞答，一旦卡在前面简单的问题上，后面的题目分数很高却又不能做，显得束手束脚。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮这样比喻。

为了和时间赛跑，设计团队开展了适应“零窗口”发射要求的射前流程优化改进，对全箭射前流程环节、可优化内容及发射窗口整体前移的有关影响开展专题确认。

“冰箭”如何“穿越火线”

大家知道，长五B火箭采用液氢液氧作为推进剂，有“冰箭”之称，在800多吨的身体里，90%是零下252摄氏度的液氢和零下183摄氏度的液氧，接近低温极限。而现在正值大暑时节，又在低纬高温之地发射，那么，“冰箭”如何穿越“火线”呢？

海南文昌发射场气候潮湿，在最热时刻发射，低温推进剂加注后，箭体表面的温度低，就会出现结露现象，箭体表面的冷凝水顺着箭体流下，这对箭体结构的防水提出了较大挑战。为此，周身冰冷的它在完成加注后要防止贮箱内部温度过高，因此采用隔热材料和工艺，在外层均设置了绝热层，就像披上了一身“隔热汗衫”，保持箭体内外温差较大的情况下维持低温环境。不但能够有效减小贮箱内部温度升高，同时可以有效缓解箭体外部冷凝水的产生。

火箭院结构系统指挥王乾解释了“隔热汗衫”的工作原理：“一方面，团队通过在整流罩内部设计排水罩和倒水孔，将舱内可能产生的水往外疏导；另一方面，在箭体的关键设备、电缆均采取防水措施，同时箭体部段间的对接面同样利用涂胶等手段进行封堵，防止外部水汽进入箭体内部。”

在执行发射任务前，约20层楼高、几百吨重的“冰箭”要从总装厂房被转移到发射塔架，整个过程需要两三个小时才能完成。为了避免“冰箭”被“热化了”，设计人员为这个“巨无霸”设置了全程冷链运输。

“大暑迎发射，又是在中午，如果不能保障全程冷链运输，金属一旦热胀冷缩就会影响煤油贮箱的容量。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮说。

所谓全程冷链运输，也就是在星罩组合体转运和火箭转运至发射区过程中，均有空调向罩内输送常温干燥空气，保障问天实验舱的舒适度。其中，星罩组合体转运主要使用的是转运车搭载的吹风设备，火箭转运发射区过程中主要使用活动发射平台上的空调。等火箭到达发射区后，整流罩部分通过空调口进行空调送风，各壳段通过舱口进行空调送风。

为了给“冰箭”和“乘客”（问天实验舱）最合适的温度，团队特意为它订制了Plus版空调房，也就是始终保持常温干燥空调送风的超大整流罩。

“我们根据问天舱外形包络情况，重点开展了罩内许用空间安全分析，”王乾说，“同时，为保证问天舱的对接安装，我们也在整流罩、载荷支架、仪器舱的多余物清洁方面做了很多工作。确保在火箭飞行和分离动作过程中，不产生多余物。”

“乘客IigQSI是第一位的，除了大空间，我们还要尽量保障它的温湿度条件。”娄路亮说。“冰墩墩”的整流罩上共设置了两路送风接口，送风空调能够满足超大空间送风要求，从而保障问天舱始终处于舒适的环境。整流罩的头锥部段选用了冯卡门锥曲线，头锥高度达到5米以上，能够大大降低火箭在大气飞行中的气动加热，保障整流罩内外温差较小。同时，设计人员在整流罩外侧粘接具备优良的隔热效果的软木，能有效减小因气动加热引起的罩内温度升高，避免问天舱在穿越大气层时遭受炙烤。

打造更可靠更高效的“胖五”

海南高温、高湿、高盐雾，同时伴随丰富的降水，对发射场地面设备造成严重的腐蚀，而长五B火箭发射的地面设备在2014年通过验收，2015年安装交付使用，按照8年的设计寿命，已临近设备的寿命末期，地面设备面临着质量问题发生率上升的风险。

“为消除该风险，长五B团队对地面设备进行了全面的检修、维护、更换和完善工作。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮告诉记者，“一方面，团队对所有装机元器件进行寿命评估，对易损件、短寿件采用替换新器件方案，直接消除风险。另一方面，对有标校期和精度要求的设备、以及更换存在难度及风险的设备进行防护维修。”

同时，为从原始设计中查找隐患，从源头组织推动解决问题，长五B团队聚焦长征五号系列火箭飞行试验历史数据和射前测试数据，对已飞行的七发历史数据进行再分析，在此基础上形成了地面设备精准维修方案。据了解，研制团队在此次发射任务前共计完成整机或部件更换201台/套，占全部设备的30%。

安全、精准地将问天实验舱送到目的地是型号队伍的首要任务。为不断提高火箭可靠性，型号队伍在生产工艺等方面进行了30余项改进。

随着发射次数增多，型号队伍对火箭技术状态的认识也更加全面。//www.czybx.com目前，长五B火箭在发射场的发射准备时间约为60天，本次任务进一步优化了测试流程，在火箭模块转运、状态恢复、吊装前准备等环节，将串行工作模式改为并行。现在，53天就可完成发射准备工作，比以往缩短了www.czybx.com7天。刘秉说，这种改进增强了火箭发射使用的便利性，有效应对了“十四五”期间的高密度发射任务。

据了解，长五B火箭将在明年承担我国第一个大型空间巡天望远www.czybx.com镜发射任务，届时与空间站共轨飞行，开展更多的深空探测和前沿科学研究。

责任编辑：谢瑞强 图片编辑：陈飞燕

校对：张亮亮

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