新火箭新飛船首飛告捷載人航天第三步拉開大幕

文/ 代振瑩 高一鳴

▲ 長(zhǎng)征五號(hào)B 運(yùn)載火箭首次飛行取得圓滿成功 宿東攝

5 月5 日18 時(shí)00 分，中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)，長(zhǎng)征五號(hào)B 運(yùn)載火箭點(diǎn)火升空，隨后將新一代載人飛船試驗(yàn)船等載荷送入預(yù)定軌道，首次飛行任務(wù)取得圓滿成功。中共中央、國(guó)務(wù)院、中央軍委致電祝賀。5 月8 日13 時(shí)49 分，我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船的返回艙成功降落在東風(fēng)著陸場(chǎng)預(yù)定區(qū)域，新飛船試驗(yàn)船飛行試驗(yàn)任務(wù)取得圓滿成功，實(shí)現(xiàn)空間站階段飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷，拉開我國(guó)載人航天工程“第三步”任務(wù)序幕。

“新火箭”長(zhǎng)五B 首飛成功

長(zhǎng)征五號(hào)B 運(yùn)載火箭是我國(guó)乃至亞洲首次發(fā)射的超過20 噸的航天器。此次任務(wù)的成功進(jìn)一步奠定了長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭運(yùn)載能力在世界現(xiàn)役火箭第一梯隊(duì)中的地位，標(biāo)志著我國(guó)正式打通25 噸級(jí)“天地運(yùn)輸走廊”，具備了建設(shè)載人空間站等大型空間基礎(chǔ)設(shè)施的能力，是我國(guó)在航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)征程中邁出的關(guān)鍵一步。

長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制，主要包括長(zhǎng)征五號(hào)和長(zhǎng)征五號(hào)B 兩型火箭，體現(xiàn)了“系列化、通用化、組合化”的研制思想。該系列火箭芯一級(jí)直徑5 米，捆綁4 個(gè)直徑3.35 米的助推器，分別采用綠色、高性能的液氧、液氫和液氧、煤油作為推進(jìn)劑，起飛推力達(dá)到千噸級(jí)。

與“長(zhǎng)征五號(hào)”相比，長(zhǎng)五B 火箭減少了二子級(jí)和級(jí)間段，是我國(guó)首型“一級(jí)半”火箭（助推器又稱為“半級(jí)”），根據(jù)空間站任務(wù)要求新研制了長(zhǎng)度20.5 米、直徑5.2 米的我國(guó)最大的整流罩，并對(duì)全箭進(jìn)行了適應(yīng)性改造。長(zhǎng)五B 火箭全長(zhǎng)約53.7 米，起飛質(zhì)量約849 噸，近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到25噸級(jí)，可滿足約22 噸的空間站艙段發(fā)射需求。

在此次任務(wù)中，采用大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的火箭芯一級(jí)直接將航天器送入預(yù)定軌道，精度堪稱“正中靶心”，標(biāo)志著我國(guó)成為極少數(shù)掌握“一級(jí)半”火箭大推力直接精確入軌技術(shù)的國(guó)家之一。

此外，型號(hào)隊(duì)伍還突破了低溫火箭“零窗口”發(fā)射、大直徑艙箭分離等一系列關(guān)鍵技術(shù)，確保后續(xù)空間站艙段準(zhǔn)時(shí)發(fā)射、安全分離、精確入軌，同時(shí)也為我國(guó)發(fā)展更大規(guī)模的運(yùn)載火箭奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，自1999 年“神舟一號(hào)”發(fā)射以來，我國(guó)載人航天工程已先后組織實(shí)施16 次重大飛行任務(wù)，全部取得成功。本次發(fā)射是長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭的第331 次飛行。

新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙成功返回

新一代載人飛船是面向我國(guó)近地空間站運(yùn)營(yíng)、載人深空探測(cè)等任務(wù)需求而論證的新一代天地往返運(yùn)輸飛行器，具備高安全、高可靠、適應(yīng)多任務(wù)和模塊化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。新一代載人飛船采用返回艙與服務(wù)艙兩艙構(gòu)型，使用相同返回艙，通過配置不同的服務(wù)艙模塊來適應(yīng)近地空間站和載人深空探測(cè)任務(wù)。

新一代載人飛船試驗(yàn)船由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)空間技術(shù)研究院抓總研制。此次任務(wù)中，新飛船試驗(yàn)船首次采用新型防熱材料與結(jié)構(gòu)、群傘系統(tǒng)、著陸緩沖氣囊、單組元無毒推進(jìn)系統(tǒng)、超大型表面張力貯箱等一系列新技術(shù)、新產(chǎn)品。

5 月8 日12 時(shí)21 分，北京航天飛行控制中心控制試驗(yàn)船完成返回制動(dòng)，進(jìn)入返回軌道。13 時(shí)33 分，服務(wù)艙與返回艙成功分離。13 時(shí)49 分，試驗(yàn)船返回艙安全著陸。搜救分隊(duì)第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并到達(dá)著陸現(xiàn)場(chǎng)開展處置，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，艙體結(jié)構(gòu)完好。

自5 月5 日18 時(shí)整新一代載人飛船試驗(yàn)船在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空后，試驗(yàn)船在軌飛行2 天19 小時(shí)，通過7 次自主軌控將軌道抬升至遠(yuǎn)地點(diǎn)為8000 公里左右的大橢圓軌道，制動(dòng)后以超過9公里/秒的再入速度返回，為返回艙創(chuàng)造了接近第二宇宙速度返回再入的熱流條件；再入返回階段，試驗(yàn)船通過新型返回制導(dǎo)策略控制再入飛行過程，以群傘減速、大型氣囊緩沖著陸，在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功回收。

新飛船試驗(yàn)船完成了多項(xiàng)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，驗(yàn)證了高速再入返回防熱、控制和群傘回收等關(guān)健技術(shù)，獲取重要飛行參數(shù)，為科學(xué)研究和技術(shù)改進(jìn)積累飛行數(shù)據(jù)。

▲ 降落在東風(fēng)著陸場(chǎng)的新一代載人飛船 汪江波攝

在軌飛行階段，試驗(yàn)船返回艙首次采用了國(guó)際上推力最大的單組元無毒發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)使用的HAN 推進(jìn)劑具有無毒、無污染等優(yōu)點(diǎn)，后續(xù)將全面替代現(xiàn)有推進(jìn)劑，進(jìn)一步提高航天員的安全性。

試驗(yàn)船還首次采用了國(guó)內(nèi)目前空間飛行器用的最大容積表面張力貯箱。貯箱裝載了10 噸左右推進(jìn)劑，充足的推進(jìn)劑，讓試驗(yàn)船具備了更大的軌道機(jī)動(dòng)能力，助力試驗(yàn)船進(jìn)入遠(yuǎn)地點(diǎn)為8000 公里左右的大橢圓軌道，為大再入角高速再入返回創(chuàng)造了充分條件。

2 天7 次的自主變軌中，與以往由地面人為控制變軌、進(jìn)行天地交互和軌道修正的狀態(tài)不同，此次7 次自主變軌完全依靠試驗(yàn)船自身來完成。綜合電子系統(tǒng)和GNC 系統(tǒng)就像飛船的“大腦”一樣，綜合分析并處理試驗(yàn)船飛行狀態(tài)。綜合電子系統(tǒng)自主生成軌控期間飛行程序，GNC 系統(tǒng)自主確定行駛路線并進(jìn)行導(dǎo)航，還能實(shí)時(shí)掌握飛船當(dāng)前的位置和速度，并自主控制軌控發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)機(jī)，最終到達(dá)目標(biāo)大橢圓軌道。

再入返回階段，試驗(yàn)船首次采用的新型防熱材料與結(jié)構(gòu)經(jīng)受考驗(yàn)。整個(gè)防熱結(jié)構(gòu)在重量同比降低超過30%的基礎(chǔ)上，防熱效率比神舟飛船還要高，不僅承受住了再入返回過程中最高2000多攝氏度的高溫?zé)g，守護(hù)了返回艙的安全，而且首次采用可拆卸設(shè)計(jì)。返回后將燒蝕過的防熱結(jié)構(gòu)拆卸，更換一套新的防熱結(jié)構(gòu)，并對(duì)返回艙進(jìn)行一次“體檢”，返回艙就能投入下一次任務(wù)。

試驗(yàn)船在返回過程中到達(dá)指定高度后，兩具減速傘和3具主傘依次打開。這是此次飛行首次采用的群傘氣動(dòng)減速技術(shù)，該技術(shù)成功將返回艙的速度從“飛機(jī)飛行速度”降為“汽車市區(qū)行駛速度”。落地之前，6 個(gè)氣囊順利充氣打開，首次新型減速緩沖方案幫助艙體平穩(wěn)“軟著陸”，最大程度保證了返回艙的安全、完整回收。

此次飛行另一主要任務(wù)是獲取在軌數(shù)據(jù)，為未來研制提供科學(xué)支撐。設(shè)計(jì)人員為試驗(yàn)船量身定制在軌數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過測(cè)量返回艙大底和側(cè)壁表面特征點(diǎn)的壓力和溫度，獲取了返回艙高速再入過程的氣動(dòng)力和熱特性參數(shù)；通過多種傳感器網(wǎng)絡(luò)，獲取了船箭分離沖擊載荷，以及運(yùn)載發(fā)射、在軌飛行和返回著陸過程的載荷環(huán)境。而這些寶貴數(shù)據(jù)都保存在試驗(yàn)船的“黑匣子”中，為新一代載人飛船的研制優(yōu)化提供重要參考。

試驗(yàn)船飛行驗(yàn)證的成功實(shí)施為研制我國(guó)新一代載人飛船，實(shí)現(xiàn)我國(guó)載人天地往返運(yùn)輸技術(shù)由跟跑到并跑、領(lǐng)跑的跨越式發(fā)展，為我國(guó)載人空間站建造運(yùn)營(yíng)和載人深空探測(cè)奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，開啟我國(guó)載人航天工程新篇章。