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长征-5B火箭发射成功刷爆朋友圈,中国航天“一条龙”操作大幕拉开

时间: 2020-05-06 18:24:01        来源: 大风号

昨天傍晚6时,搭载着中国载人航天工程(“921工程”)新一代载人飞船试验船的长征-5B型运载火箭,在海南文昌卫星发射中心发射升空。经过489秒的飞行,18时20分,任务指挥中心即宣布载荷体成功进入预定轨道、正在按既定计划开展各项科研试验活动,意味着本次航天发射再度取得了圆满成功。

长征-5B型运载火箭成功发射

(图源:人民画报 万全)

本次发射,既是长征五号系列火箭自去年12月27日成功复飞以来,再次成功发射,也是继3月16日文昌卫星发射中心发射长七甲火箭、4月9日西昌卫星发射中心发射长三乙火箭先后失败后,中国航天的首个“复飞”任务。

长征-5B型运载火箭成功发射

(图源:人民画报 万全)

咱们暂且不谈本次发射在技术上的巨大进步与太空战略上的巨大意义,仅仅是“发射取得圆满成功”本身,就已经足够令人长出一口气了:毕竟在发射长征-5B和新载人飞船试验船载荷之前,尽管理论上全箭分系统设备都已经经过了考验、算是成熟装备,而且长征-5B和长征-7A、长征-3B分系统产品基本并无交集,但是打这么一个堪称“国之重器”的载荷、且是在长七甲和长三乙两发“老司机”翻车在前的情况下打,还是让很多人捏着一把汗。而事实已经证明,中国航天的运载火箭技术是成熟可靠的、中国航天的参研参试队伍是敢打硬仗的,在巨大的压力面前、也在全国所有关心航天事业的军迷的目光注视下,他们再一次做到了。

当然,本次长征-5B火箭的成功发射让中国航天人、让全国军迷们信心为之一振还是远远不够的,再从运载火箭、宇航技术的角度上来讲,此次成功发射起码还可以证明两点:第一是长征五号系列火箭平台算是基本上“成熟”了、以YF-77为代表的新一代氢氧液发也算是经受住了考验;第二则是作为“921工程”下一阶段核心分系统的新型载人飞船算是迈出了第一步,中国航天在下一阶段“载人能力”、“任务能力”的国际竞赛中已经是紧紧跟上了。

新平台基本成熟

说长征五号系列火箭和YF-77氢氧机基本成熟,咱们还是得提一下这枚堪称命运多舛的“冰箭”:

作为中国新一代、大推力运载火箭的代表,长征五号在研发、试射过程中,先后经历了2012年6月的火箭芯二级液氢燃料储箱低温试验失败导致首飞时间推迟;

2016年11月长五遥一箭发射准备时连续出现芯一级氢氧机预冷故障、发射架与箭体连接器故障、助推器氧排气管道故障等一系列特情,导致零号指挥员的发射口令经历了中国航天史上从未有过的“混乱时刻”,发射后又由于芯二级的YF-75D氢氧机指令信号异常、发动机提前关机而导致火箭末端速度增量不足入轨状态异常;

2017年7月2日CZ-5Y2火箭飞行任务则因芯一级一分机涡轮排气装置在起飞后346秒发生故障停机、导致火箭推力大幅下降,一二级分离后速度增量不够,最后星箭于南太平洋上空再入全毁等大小事故。

长征五号遥二火箭的飞行出现异常

而在长五遥一、遥二两发火箭一发“部分成功”、一发“星箭全毁”的情况下,经历了两年多的归零排故,到2019年12月27日,长五遥三火箭才成功复飞。现在仅仅相隔了五个月,长征-5B型火箭又再次成功,算是有了“连续成功”的例子了,同时,长征五号系列火箭也以其相对较高的发射密度,表明了该新型号火箭已经跨过了澡盆曲线的底端,到了技术上相对可靠的级别。

YF-77型发动机意外震动是事故的主要原因

同时,作为长征五号系列火箭芯一级模块的、在前几次发射中出问题出的最多、引起争议也最大的YF-77型燃气发生器循环氢氧机也再度经受住了考验。该型氢氧机是中国航天截止目前研发过的工程难度最高、技术最复杂、海平面推力也最大的氢氧机,单台地面推力约510千牛、比冲310秒,真空推力约700千牛、比冲约426秒。以YF-77的燃气发生器循环设计与技术指标看,虽然相比航天飞机主发使用的SSME、日本的LE-7这两种用了分级燃烧循环的氢氧机要差个档次,但是好歹从“望尘莫及”到“望其项背”了。伴随着长征五号两次发射成功,也就意味着YF-77这台中国航天工程上的“拦路虎”产品算是正式搞成、性能可靠了,接下来按照航天工程的技术发展规划,推力更大、技术更复杂的氢氧机也该上马了。

YF-77型燃气发生器循环氢氧发动机

“921工程”取得重大进展

而伴随着长征-5B型运载火箭发射的新一代载人飞船验证船成功入轨运行,无疑也意味着“921工程(中国载人航天工程)”的载人入轨、深空任务能力算是基本上跟上了美国、俄罗斯两国的发展步伐,甚至其项目进度相比俄罗斯来讲,在一定程度上还略有超越。

中国“神舟”飞船的缺陷

众所周知,在航天飞机轨道器STS这么一个性能、可靠性都非常BUG(载荷与入轨性能极高,但可靠性与勤务性又极低)的载人航天飞行器退役后,中、俄两国的载人飞行能力说句不太客气的话,差不多是停留在上世纪六十到七十年代左右:两国的载人飞船不约而同地采用了三舱构型,即“轨道舱、返回舱、推进舱”组合的方案,技术性能也是差不多的,如二者的构型总长度都是8到9米,全重在8吨左右,返回舱直径在2.2到2.5米左右,容积则均不足6立方米。

究其原因,是因为中、俄两国在载人飞船的发射任务上均选择了可靠性极高的运载火箭发射,如用来发射“联盟TM”飞船的Soyuz系列火箭或用来发射“神舟”系列飞船的长征-2F型运载火箭。由于受到火箭运力的限制,故而导致载人飞船数十年都没有充分的技术换代,而两型载人飞船有限的容积,既影响了多元化、多模块的任务能力,也使得航天员在航天飞行中的乘坐舒适性大受影响。

中俄载人飞船空间狭小

中美俄下一代载人飞船计划

因此,目前中、美、俄三国均在全力推进下一代载人航天飞船的研发计划,相比“联盟”和“神舟”,经过技术换代的新一代载人飞船基本上均具备如下几个技术特征:

各国飞船概况(图片来自互联网

一是采用“大两舱”构型,抛弃构型复杂、成本较高、且无法复用的轨道舱设计,改为“轨道舱、返回舱一体化”构型;

二是在轨道舱设计上采取大直径、大容积策略,要求其底边直径起码赶上“阿波罗”登月飞船,且可以采取“一体双构型”,通过换装不同的服务舱模块,组成近地轨道构型或深空探测构型,执行不同种类的太空任务;

三是采用复用化设计,相比“联盟”、“神舟”的推进舱与轨道舱抛弃、返回舱一次性使用的策略,新一代载人飞船普遍要求轨道舱可以复用十次左右,以极大地降低使用成本;

四是在船载飞控、任务系统上进一步信息化与自动化,采用商业规格的成熟器件降低研发成本,采用可插拔式的、模块化的任务软硬件,确保飞船可以很方便地执行多种类型的太空飞行与科研任务。整体技术水平相比较中俄两国的老载人飞船提升一到两代。

俄罗斯“联邦”号载人飞船

截止目前,俄罗斯航天部门已经提出了新一代“联邦”号载人飞船以取代苏联时代的“联盟”号,而美国则同时提出了起码三个新一代载人飞船计划,分别是波音主导的CST-100“Starliner”星际客机项目、Space-X的Dragon-V2“载人龙”、以及NASA亲自操刀的Orion-MPCV猎户座飞船。以上四个项目虽然各有千秋,但在技术指标与整体设计上是旗鼓相当的,当然还有Space-X拿出的技术指标相当激进、瞄准登月火箭使用的Starship项目。

Space-X的Starship

目前,俄罗斯“联邦”号新一代载人飞船暂无消息,据说首飞日期已经被推迟到了2024年,而美国的CST-100在去年12月16日的首飞不顺利,虽然成功发射,却因为发动机提前关机未能做完全部的试验任务、与ISS(国际空间站)成功对接。但是,去年3月2日,“载人龙”的首艘验证船已经由Space-X的猎鹰-9火箭成功发射、与ISS完成了对接试验,且准备在本月27日实施首次载人飞行任务,至于Orion-MPCV,在NASA计划中已经被选为Artemis项目(新一代载人登月任务)的主要执行飞船。也就是说,相比俄罗斯在新一代载人飞船发展上的磕磕碰碰,美国的下一代载人飞船算是全面开花、进步奇快,且很快就要开花结果了。

Orion-MPCV“猎户座”飞船

咱们虽然步伐比较慢,但伴随着长征-5B任务的成功、载人飞船试验船成功入轨运行,在新一代载人飞船的研发计划上也算是成功迈出去了第一步、打出去了第一枚,比俄罗斯步伐已经很快了。

中国的新一代载人飞船

中国载人航天的未来之路

当然了,对于中国航天、尤其是中国载人航天来讲,长征五号系列火箭的四次发射虽然完全成功两次、基本成功一次,但成功率也只刚刚达到75%,距离可以发射载人飞船的高可靠性火箭还远得很。更不用说按照“921工程”规划,新一代载人飞船中的14吨近地轨道构型还需要靠刚刚发射失利的长征-7A火箭去打,这意味着我们的新一代载人飞船试验与实射还要走很长的路。

但即使如此,伴随着长征-5B发射的成功,也伴随着长征五号系列火箭的逐步成熟,中国航天密集发射、技术飞跃的大幕正在徐徐拉开,今年、明年、后年,我们要走的道路会无限精彩。不仅今年下半年还有嫦娥五号月球“绕落回”任务、“天问一号”火星“绕落巡”任务,明年后年还有连续三次空间站舱段发射任务、最后四次“神舟”飞船发射任务(为空间站建设服务)。至于2022年以后,伴随着空间站建设进入高频阶段、也伴随着太空应用技术的进一步发展与新一代载人飞船的成熟,我们的火箭发射会越来越多、发射上去的载荷也会越来越令人感到眼花缭乱。

对于方兴未艾的中国航天来讲,大概只有一句话能够形容现在大伊万的心情了:“我们的目标一定能够达到,我们的目标一定要达到!”