7月24日14時22分，文昌航天發(fā)射場驕陽似火，長征五號B遙三運載火箭直上云霄，將中國空間站問天實驗艙成功送入預(yù)定軌道。這是我國空間站建造階段首個實驗艙進入太空，也是空間站首次在有人狀態(tài)下迎接航天器來訪。

此次問天實驗艙發(fā)射十分有看頭。重約23.2噸的問天實驗艙是我國迄今為止重量最大的載荷，目前近地軌道運載能力最大的長五B火箭是發(fā)射問天實驗艙的最佳選擇。但對長五B火箭來說，執(zhí)行“零窗口”發(fā)射也是頭一回，需要趟過幾道關(guān)。

(資料圖)

此次任務(wù)中，問天實驗艙嚴格執(zhí)行“零窗口”發(fā)射，這也是文昌航天發(fā)射場執(zhí)行空間站建造任務(wù)以來首次實施“零窗口”發(fā)射。

發(fā)射窗口是指允許火箭發(fā)射的時間范圍。一般情況下，發(fā)射窗口往往有多個時間段。“問天實驗艙要與天和核心艙快速交會對接、在軌組裝，對發(fā)射精度提出更高要求，要求‘零窗口’發(fā)射，即火箭發(fā)射時間和預(yù)定點火時間偏差不能超過1秒。”文昌航天發(fā)射場問天實驗艙發(fā)射任務(wù)01指揮員廖國瑞介紹，“零窗口”發(fā)射的難度在于發(fā)射窗口稍縱即逝，對發(fā)射場系統(tǒng)和火箭系統(tǒng)的可靠性要求很高。

為瞄準“零窗口”順利發(fā)射，發(fā)射場科學(xué)統(tǒng)籌各方力量，按計劃完成了一號塔架射后恢復(fù)、例行試驗、產(chǎn)品進場、垂直總裝和技術(shù)區(qū)測試等工作，發(fā)射場氣象系統(tǒng)針對雷電、強降水、淺層風(fēng)、高空風(fēng)等影響發(fā)射的重要天氣因素，利用高性能計算機系統(tǒng)實施發(fā)射場區(qū)精細化預(yù)報，短時預(yù)報準確率達到95%以上。

問天實驗艙所要求的“零窗口”發(fā)射，對長五B火箭來說也是第一次，對火箭的運載能力、入軌精度和發(fā)射可靠性都提出了更高要求，只有準點發(fā)射、準確入軌，才能將問天艙準確送入與核心艙共面、共軌的轉(zhuǎn)移軌道。

中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術(shù)研究院長五B火箭總體副主任設(shè)計師劉秉說，問天實驗艙必須在規(guī)定時間分秒不差地發(fā)射，否則將無法到達指定位置，需要耗費巨大代價調(diào)整軌道。如果等待下一個發(fā)射窗口重新組織發(fā)射，則會嚴重影響任務(wù)周期。

為保證準時發(fā)射，火箭型號隊伍對發(fā)射前10分鐘的發(fā)射流程進行了優(yōu)化，將部分流程前置。距離發(fā)射2.5分鐘時，火箭就已完成各項準備工作，具備了點火發(fā)射能力，隨時可發(fā)射。雖然只有短短的2.5分鐘，卻意味著寶貴的時間和機會，萬一發(fā)生突發(fā)情況，可在這2.5分鐘內(nèi)迅速作出決策并進處置。

為了確保“零窗口”發(fā)射，據(jù)火箭院長五B火箭控制系統(tǒng)主任設(shè)計師蘇磊介紹，長五B火箭應(yīng)用了“起飛時間偏差修正技術(shù)”，最大修正時間為2分30秒。這意味著，火箭最遲可推延2分30秒發(fā)射，在0到2分30秒這個時間段內(nèi)的任一時間點發(fā)射，火箭都可以在飛行過程中自動修正因推遲發(fā)射導(dǎo)致的飛行偏差，將問天實驗艙精準送入預(yù)定軌道、完成交會對接。

作為中國空間站艙段“專列”，長五B火箭包攬了天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙3個艙段的發(fā)射。

長五B火箭也是目前世界在役火箭中唯一一級半直接入軌的火箭。火箭系統(tǒng)簡潔，所有發(fā)動機的點火都在地面完成，也無需進行級間分離、高空發(fā)動機啟動等動作，降低了故障發(fā)生的概率，提升了可靠性。其特有的“大推力直接入軌精度控制技術(shù)”和包裹航天器的20.5米長超大整流罩，讓空間站的艙段可以安全、舒適地到達預(yù)定軌道。

“就好比一輛正在高速行駛的汽車，想踩一腳剎車就停到指定位置很難。”火箭院長五B火箭副總設(shè)計師婁路亮形容大推力火箭精準入軌的難度。為此，火箭姿控系統(tǒng)和制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計團隊創(chuàng)新性地采用了“姿態(tài)控制增益優(yōu)化”和“復(fù)合制導(dǎo)”兩種方法，保證了長五B火箭入軌精度。

火箭院產(chǎn)品化副主任設(shè)計師孫璟介紹說，空間站艙段具有大、高、重等特點，以往的衛(wèi)星、飛船等航天器和火箭分離所采用的分離裝置，無法固定住空間站艙段，可靠性也會有所降低。空間站艙段有許多器件對沖擊的感受尤為敏感，分離的沖擊，有可能損壞較脆的零部件。

為了讓空間站艙段能夠安全“下車”， 研制團隊經(jīng)過近10年的努力，研制了一項新的艙箭分離裝置，既能“綁”得住大直徑的空間站艙段，又能快速、可靠、無污染分離。同時為了盡量將分離過程中出現(xiàn)的沖擊等不利影響降到最低，研制團隊另辟蹊徑，為空間站艙段設(shè)計了一款圓形“座椅”，將沖擊降低了10倍左右，使問天實驗艙在艙箭分離的時刻像坐在“沙發(fā)”上一樣舒適，解決了沖擊問題。

后續(xù)，問天實驗艙和空間站天和核心艙將采用快速交會對接方式形成組合體。在這個過程中，需要艙段消耗燃料來變軌滿足對接要求，也會造成運載能力的損失。為了讓問天實驗艙能搭載更多的推進劑、生活物資，維持空間站在軌運營，長五B團隊對火箭的運載能力進一步評估、折算，扔掉箭體中的“累贅”，為火箭釋放了更大的運載能力，這也意味著問天實驗艙可裝載更多物資。

對于航天器來說，搭載運載火箭成功進入預(yù)定軌道，太陽翼的成功在軌展開是發(fā)射任務(wù)圓滿成功的重要標志。

科研人員形容，在柔性太陽翼整個展開過程中，伸展機構(gòu)依次向外推出，帶動太陽翼向外展開，像是一架被緩緩拉開的手風(fēng)琴，在宇宙中奏響美妙樂章。

關(guān)鍵詞： 運載能力 運載火箭 分離裝置