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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( 三 )


在火箭总体弹道设计上 ， 科技人员也充分考虑了发动机“后效”的影响 ， 基于发动机校准试车的实际数据进行计算 ， 进一步优化了设计方案 。
多项瘦身举措收益可观
对于多级火箭来说 ， 芯一级、助推器减重 ， 对提高运载能力的影响并不明显 。 而对于一级半入轨的长征五号B火箭来说 ， 芯一级减重多少 ， 运载能力几乎就可以提高多少； 助推器减重与运载能力提高的比例也高达1.25:1 。 减重收益相当可观 。
长征五号B火箭的芯一级尾段位于箭体最后 ， 不仅是发动机舱 ， 当火箭竖立在发射台上时还能起到支撑作用 。 此前长征五号火箭的尾段 ， 采用的是组合梁结合分瓣玻璃钢底板的结构方案 。 而在长征五号B火箭研制中 ， 航天科技集团一院703所把大直径大厚度碳纤维复合材料“3 2”蜂窝夹层结构整体成型技术 ， 用在了一级尾段的壁板和防热板结构成型中 ， 实现减重约400公斤 。
「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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该火箭助推器的减重也颇具特色 。 据航天科技集团八院长五系列项目办主任张修科介绍 ， 长征五号火箭的助推器如同4位壮汉 ， 分别用“单肩”扛着芯级 ， 这对“肩膀”的结构提出了很高要求 。 而在长征五号B火箭身上 ， 研制团队创新运用杠杆原理等 ， 在捆绑点、助推器头锥中装上了4根“扁担” ， 变“单肩扛”为“双肩挑” ， 分散了受力 。 同时辅以先进的结构计算方式 ， 综合改进头锥的结构 ， 减重效果明显 。 助推器头锥、气瓶等方面的改进 ， 共减重约600公斤 。
「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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采访人员了解到 ， 长征五号B火箭上采取的许多减重措施 ， 未来也将应用在长征五号火箭上 。
据中国载人航天工程办公室消息 ， 长征五号B火箭首飞成功 ， 验证了火箭总体方案、各分系统方案的正确性、协调性 ， 突破了大尺寸整流罩分离技术、大直径舱箭连接分离技术、大推力直接入轨偏差精确控制技术等一批新技术 ， 为我国空间站在轨建造任务奠定了重要基础 。
整流罩不止于大
长征五号B火箭身上还有多项国内首创的黑科技 ， 比如整流罩 。
整流罩是运载火箭的重要组成部分 ， 用于保护卫星或其他有效载荷免受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响 。长征五号B火箭拥有目前我国最长最大的整流罩 ， 整流罩长达20.5米 ， 相当于6层楼高 ， 直径达到5.2米 。 如此宽敞的空间 ， 是为发射空间站核心舱和实验舱而量身打造 。
为了改善气动特性 ， 该整流罩采用了冯·卡门曲线外形 。 冯·卡门曲线是一种非线性曲线 ， 可以更好地减小空气阻力 ， 减轻载荷所受影响 。 但如此外形的整流罩 ， 展开之后并不是一个平面 ， 而是立体的 ， 制造难度高于传统的锥形整流罩 。
作为我国长度最长、重量最重的整流罩 ， 另一个技术难点在于如何保证分离时的安全可靠 。 经过多方案对比 ， 科技人员确定采用旋转式分离方案 ， 并为此开展了大量仿真分析 ， 以及多次整流罩分离试验 ， 有效验证了设计正确性和各系统接口协调性 。
开创”冰箭“零窗口发射先河
火箭发射窗口指允许火箭发射的时间范围 ， 一般根据卫星或飞船入轨要求 ， 以及多种限制条件综合权衡后确定 ， 比如卫星的轨道精度要求、地球与行星的相对位置要求等 。 “零窗口”是指发射时间范围为零的发射窗口 ， 也就是要求火箭必须分秒不差地点火升空 。 我国在实施天宫一号、北斗导航卫星等发射任务时 ， 都曾经进行过零窗口发射 。
未来的空间站交会对接任务 ， 对长征五号B火箭也提出了零窗口发射需求 ， 发射时间精度误差要控制在1秒以内 。 作为采用液氢、液氧等低温推进剂的“冰箭” ， 长征五号B火箭的零窗口发射有着更高技术含量和更大难度 。 此次发射成功 ， 也开创了新一代运载火箭零窗口发射的先河 。


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