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「火箭飞行」“长五B”火箭首飞成功，创下运载纪录！一文读懂它身上的黑科技( 二 )


点火到入轨一气呵成
长征五号B是我国首个一级半构型火箭 。
按照构型 ， 火箭分为单级火箭和多级火箭两类 ， 火箭助推器通常被算作半级 。
其中 ， 多级火箭又分串联、并联、混合式三种联结方式 。 所谓串联 ， 指火箭各子级像竹竿一样串在一起 ， 这样空气阻力往往比较小 。 并联指多级火箭并排捆绑在一起 ， 这在助推器中较为常见 。 混合式则是既有串联、又有并联 。 例如用于发射神舟飞船的长征二号F火箭、发射天舟货运飞船的长征七号火箭 ， 以及长征五号火箭等 ， 都是采用助推器与一子级并联捆绑 ， 一子级又和二级串联的方式 ， 构成二级半构型 。
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「火箭飞行」“长五B”火箭首飞成功，创下运载纪录！一文读懂它身上的黑科技
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目前我国航天任务采用较多的是多级火箭 。 其工作特点是 ， 火箭点火后一级发动机开始工作 ， 燃料用完 ， 一级发动机关机 ， 并和燃料储箱一起从箭体上分离 。 其余各级发动机也是如此 ， 通过这种“卸包袱”的形式 ， 让火箭轻装前行 ， 持续获得良好的加速性能 。 在此基础上 ， 各级火箭分别承担“起跑、加速跑、冲刺”的任务 。
不过 火箭级数越多 ， 控制起来越复杂 ， 因此一般不会超过四级 。 长征火箭家族中 ， 只有长征十一号固体运载火箭达到了四级 。
长征五号B火箭是在一级上捆绑了4个助推器 ， 属于一级半火箭 。 相比多级火箭的“接力” ， 它更加“简单粗暴” ， 从点火到入轨一气呵成 ，是我国现役运载火箭中唯一一款直接入轨的火箭 。
这样的构型不仅丰富和完善了我国新一代运载火箭型谱 ， 也提升了系统可靠性 。 要知道 ， 级间分离是火箭飞行中最容易出现问题的环节之一 。 火箭级间分离时 ， 下级发动机关机 ， 级间分离火工品工作使两级分开 。 为避免分开的两级发生“追尾”和“碰撞” ， 要用侧推小火箭或反推小火箭点火 ， 让分离开的两级隔出一段安全距离 ， 上级火箭发动机再点火继续飞行 。 这一系列动作十分复杂 ， 对控制的要求极高 。 长征五号B火箭系统简单 ， 无级间分离 ， 可靠性自然就高 。
大刀刻微雕 ，
精度怎么保证？
采用多级火箭执行发射任务时 ， 都是用推力很小的末级火箭将卫星送到预定轨道 ， 再辅以推力更小的姿态控制发动机 ， 更容易在航天器入轨前对位置与姿态进行微调 ， 从而确保精确入轨 。
「火箭飞行」“长五B”火箭首飞成功，创下运载纪录！一文读懂它身上的黑科技
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而只有一级半的长征五号B火箭 ， 要用2台大推力氢氧发动机直接运送载荷入轨 ， 就像用大刀刻“微雕” ， 力道极难掌握 ， 给精准入轨带来了巨大挑战 。
同时 ， 大推力氢氧发动机关机后 ， 还会产生“后效” ， 就如同燃气灶关闭后的“余火” ， 也会对入轨精度造成影响 。 这需要确保发动机燃烧稳定 ， 并在发动机研制时就尽可能算出“后效”的预测值 ， 控制系统也必须将所有可能产生的误差考虑进去 。
航天科技集团一院长征五号火箭副总设计师李学锋介绍 ， 针对发动机后效等不确定因素 ， 研制团队用随机“打靶”的方法 ， 模拟出上万种情况 ， 以验证控制系统设计的可靠性 。 “打靶”实验证明 ， 即便预测的“后效”与实际情况有所出入 ， 控制系统也能确保火箭精确入轨 。
而控制系统研制队伍早在长征五号系列火箭研制之初 ， 就统筹考虑了长征五号和长征五号B的任务特点 。 控制系统的硬件可以通用 ， 已实现产品化；软件也无需大改 ， 就能适应两者不同的飞行任务 。


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