“胖五”家族新成员首飞成功！来看看它“新”在哪儿我国载人航天工程“第三步”

随着“胖五”家族新成员的一飞冲天，我国载人航天工程“第三步”任务的序幕正式拉开。
据中国载人航天工程办公室消息， 2020年5月5日18时00分，为我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭，搭载新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱，在我国文昌航天发射场点火升空。约488秒后，载荷组合体与火箭成功分离，进入预定轨道，首飞任务取得圆满成功，实现空间站阶段飞行任务首战告捷。

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长征五号B运载火箭升空时刻（摄影/万全人民画报）
这也意味着我国载人航天工程“第三步任务”的开启——建设具有国际先进水平的空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。
这次发射成功，是中国航天新征程的一个起点。
新火箭
关于长征五号系列运载火箭，想必大家不陌生。
正是被亲切地称呼为“胖五”的这个型号火箭的横空出世，才使得中国航天跨入世界航天集团第一梯队。

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2016年11月3日20时43分13.998秒，长征五号首次发射。（摄影/CNAurora）
作为长征五号的改进型，长征五号B火箭更是性能优异。该型运载火箭是由中国研制的新一代大型液体运载火箭，为一级半火箭，芯级采用5米直径，捆绑4个3.35米直径的助推器，全箭长约53.66米，起飞质量约849吨，起飞推力约1068吨，近地轨道（近地点200公里，远地点400公里，轨道倾角约42°）运载能力22吨级。
与长征五号运载火箭相比，长征五号B运载火箭有几个方面的不同。
一是用途。
长征五号运载火箭一般用于发射高轨道的大型卫星以及各类深空探测器，例如实践二十号卫星、嫦娥五号月球探测器、火星探测器等；长征五号B运载火箭主要用于发射近地轨道的大型卫星及飞船，例如载人空间站的核心舱和实验舱等。
二是构型。
长征五号运载火箭采用两级半构型（火箭助推器通常被算作半级），由芯一级+助推器+芯二级+整流罩组成；长征五号B运载火箭采用一级半构型，由芯一级+助推器+整流罩组成，是我国首个一级半构型火箭。

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长征五号运载火箭（左）与长征五号B运载火箭对比图（图源：中国运载火箭技术研究院图片有裁剪）
三是外观。
长征五号B运载火箭与长征五号运载火箭的最大区别在于整流罩。长征五号运载火箭的整流罩长度大约12.3米，而长征五号B火箭的整流罩长度达到了20.5米，是我国目前最大的火箭整流罩。

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长征五号运载火箭（左）与长征五号B运载火箭对比图（图源：中国运载火箭技术研究院图片有裁剪）
具体来说，长征五号B运载火箭主要有以下改进：
首先是超大整流罩。
整流罩位于火箭顶部，是保护卫星、飞船等有效载荷顺利进入太空的“金钟罩” 。长达20.5米的超大整流罩是我国目前最大的火箭整流罩，是为发射载人航天工程空间站核心舱和实验舱而专门设计的。
其次是前所未有的一级半构型。
火箭构型分为单级火箭和多级火箭两类，目前我国长征火箭通常采用多级火箭。长征五号B运载火箭在单级火箭上捆绑了四个助推器，而助推器算作半级，因此它成为我国首个采用一级半构型的新一代大型液体运载火箭，从点火到入轨一气呵成。

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一级半的构型提高了火箭系统可靠性，但也面临两个难题：“上得去” ，火箭级数变少，但推力仍需足够大；“打得准” ，没有了多级火箭进行姿态调节，但入轨仍要精准、分离必须安全。
中国航天人充分发掘液氧煤油发动机大推力、氢氧发动机高比冲的优势，并从入轨姿态控制、入轨精度控制、分离安全控制三个方面攻关，最终突破了大推力直接入轨和大直径舱箭分离两大关键技术。
新载荷
此次长征五号B运载火箭搭载了新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱。
按照规划，新一代载人飞船能实现一船多用，既可应用在近地轨道，支撑我国空间站建设，还能胜任载人登月等更遥远深空的探测重任，具备“运人+运货”双重本领。
同时，为了降低进入太空的成本，新一代载人飞船的返回舱被设计成可重复使用，一些高价值设备经过优化设计，调整至返回舱安装，这样就可以随返回舱返回后进行回收利用。执行完任务后，只需更换轻质防热结构，经过规范严格的检测，就可以再次执行航天飞行任务。

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新一代载人飞船试验船模型
据称，作为神舟飞船的加强版，此次6至7人座的新一代载人飞船试验船较3人座的神舟飞船构型大了一倍。
新一代载人飞船试验船是面向我国空间站运营及未来载人探月需求而研发的新一代天地往返运输器，本次任务将对飞船高速再入返回的防热、控制、群伞回收及部分重复使用等关键技术进行验证。
新征程
1992年9月，中央决策实施载人航天工程并确定了我国载人航天“三步走”的发展战略：
第一步，发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程并开展空间应用实验；
第二步，突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术，发射空间实验室，解决有一定规模的短期有人照料的空间应用问题；
第三步，建造空间站，解决有较大规模的长期有人照料的空间应用问题。
当前，长征五号B运载火箭的发射成功，拉开了第三步的序幕。
不过，从本身来说，长征五号B运载火箭还有不少提升空间。

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长征五号B运载火箭成功托举新一代载人飞船试验船（摄影/宿东中国航天科技集团供图）
比如运载能力系数。运载能力系数是指其最大有效载荷与起飞重量的比值。这个数值越大，意味着火箭能以更小的重量，扛起更大的载荷，说明火箭总体设计优秀。对于大型、重型火箭而言，这一指标的提高，可以使得火箭大大瘦身，降低总体重量，减少燃料，降低总体成本。
美国“重型猎鹰”运载火箭的GTO（编者注：GTO即地球同步转移轨道，是指近地点在1000公里以下、远地点为地球同步轨道高度（约36000公里）的椭圆轨道）轨道运载能力系数达0.0187 ，而长征五号B运载火箭在0.0159左右。
此外，在可靠性方面，在长征五号之前，中国火箭的涡轮泵基本不具备变流量能力，长征五号系列运载火箭虽然具备一定的调整能力，但是无法通过大幅度增加其他火箭发动机推力的形式弥补单台发动机失效。而“重型猎鹰”运载火箭“梅林”发动机可在大范围调整流量的涡轮泵，其核心技术就是针栓式喷注器，使得其在推力调节和燃烧稳定性方面表现优异。与其相比，中国的长征运载火箭还有很长的路要走。
当前的人类正处于第四次工业革命的前夕，而中国这个世界头号工业大国也面临着产业升级的压力。长征五号B运载火箭的发射成功因此具备重大意义——它不仅使得中国航天“三步走”的战略得到贯彻，而且使中国整体科技实力得到发展。
人类的未来终究是星辰大海，长征五号B运载火箭将和它的后继者们为中华民族实现这个飞天梦提供坚实保障。
撰文/杨震
（上海政法学院上海全球安全治理研究院副研究员）
编辑/宁静
视频/央视新闻
【“胖五”家族新成员首飞成功！来看看它“新”在哪儿】图片/新华社、央视新闻、人民画报、星球研究所、中国航天科技集团、中国运载火箭技术研究院

“胖五”家族新成员首飞成功！来看看它“新”在哪儿

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