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航天“发射窗口”到底是啥?走,一探究竟
2021年04月29日 16:35:39 来源:央视新闻客户端

  4月29日,我国在海南文昌用长征五号B遥二运载火箭成功将空间站天和核心舱送入预定轨道,中国空间站在轨组装建造全面展开。这是中国空间站建造阶段的首次发射。

  每次航天发射活动,我们都会听到“发射窗口”这个提法,它指的是火箭发射比较合适的一个时间范围,这个范围有宽有窄,宽的窗口以天或者小时为计算,窄的窗口以秒为计算。那么这次天和核心舱的发射窗口时间是怎么确定的呢?一起来了解一下。

  由于核心舱的目标轨道是距离比较近的近地轨道,理论上窗口期的可选择范围比较广。根据核心舱和火箭运抵发射场后的测试流程以及相互匹配,可以初步获得长达10多个小时的发射窗口期。

  西昌卫星发射中心计划部副部长 李本琪: 如果说我仅仅考虑(发射)核心舱本身的话,我这个发射窗口时间是比较长的,但是因为我们空间站的建设阶段,不光是一个核心舱发射,我还要考虑后续货运飞船和载人飞船上天以后与核心舱对接的这种需求,这三发任务一并考虑。

  综合考虑核心舱、货运飞船和载人飞船所适宜的发射时间范围,以及在太空中将分别与核心舱进行交会对接等任务环节的需求,并排除气象因素后,核心舱的发射窗口被压缩为20多分钟。

  西昌卫星发射中心计划部副部长 李本琪: 后续的发射主要是根据载人的需要,比如核心舱要在天上完成主要的一些关键技术验证以后,才能保证载人飞船上去,保证人的安全。核心舱上去以后人是要出舱的,货运飞船的这个东西必须要保证及时送到,以后人才能上,这相互之间都是关联的。

  根据空间站在轨建造工程计划,货运飞船与核心舱交会对接后,将对核心舱进行物资补给以及燃料在轨补加工作,为后续载人飞船的任务做好充分保障。

  长征五号B:空间站舱段专用座驾

  这次执行天和核心舱发射任务的火箭是长征五号B运载火箭,这也是一型专为空间站工程量身打造的火箭,被称为空间站舱段的“专用座驾”。

  中国将在2022年左右建成自己的空间站,空间站里核心舱的重量就达到了20吨级。然而,从长征二号的8吨到长征七号的14吨,此前所有型号火箭的运载能力都显然力不能及。要把核心舱送入太空,需要更大推力的火箭。为此,在长征五号的基础上创新打造的长征五号B横空出世。与长征五号不一样的是,长征五号B专攻“近地干重活”,其近地轨道运载能力达到22吨级。

  航天科技集团一院长征五号火箭总设计师 李东: 长征五号用来打所谓的高轨道,比如地球同步转移轨道,包括探月、火星探测这种,就是远地点要达到几百公里、甚至上千公里、上万公里、几十万公里这种高轨道。长五B是在长五基础上减少了一级,把二级拿掉了,专门用来发射低轨,就是近地点200-400大概这个高度范围内的卫星(和航天器)。

  长征五号B不仅运载能力出色,而且还是目前世界上唯一一型可以一级半直接入轨的火箭。

  航天科技集团一院长征五号火箭总设计师 李东: 这个火箭是个一级半的火箭,一级火箭捆绑助推器,一级工作结束就把载荷送到轨道上去。一般来说,打低轨道这种任务都需要两级半火箭接力工作,一级扔掉之后,二级再接力工作才能把它送到轨道上去。火箭都是串联工作的,一级、二级、三级,这个串联不是要刻意要这么设计的,是迫不得已,单级入轨是所有航天人的终极目标。

  长征五号B运载火箭通过采用全新构型设计,实现了一级半就能直接进入预定轨道的世界航天难题。

  航天科技集团一院长征五号火箭总设计师 李东: 很大程度上取决于我们这种动力的组合,氢氧和煤油这种组合,特别是中间的氢氧可以长时间小推力地工作。过去两级半直接入轨,两级火箭想完成的任务,这个火箭一级半就能完成,所以是技术上的一个巨大的进步。

  总台央视记者 王晓丹: 在我身后就是长征五号B运载火箭的整流罩部分,这也是我国目前研制的最大尺寸的整流罩,直径超过5米、高度相当于6、7层楼那么高,可以对核心舱、实验舱以及光学舱提供最为周全的保护。

  航天科技集团一院长征五号火箭总设计师 李东: 火箭要负责给核心舱界面上提供一个比较良好的载荷,比如震动、冲击,要能控制在一定的范围内。核心舱在火箭的最顶端,在整流罩里边,火箭飞行过程中是承受着非常非常恶劣的力学和热学环境的。在高速飞行过程中,靠这个整流罩的保护,核心舱直接和大气不接触,高速的气流是冲刷整流罩的,带来的热环境、力学环境、噪声环境让整流罩来承受,等到飞出大气层以后,才把整流罩抛开。

  作为空间站主要舱段的专用座驾,舱箭分离技术也是长征五号B的一大亮点。通过创新的降冲击方案,重达20多吨的舱段可实现安全顺利“到站下车”。

  两场发射并行展开 发射场区全力以赴

  根据空间站在轨建设的工程计划,除了天和核心舱,还有空间站的两个实验舱、以及天舟二号货运飞船也都将从文昌航天发射场进行发射。作为中国空间站主要舱段的主发射场,文昌发射场再次吸引了全世界的目光。

  在执行空间站任务上,文昌发射场具有纬度低、发射效费比高的突出优势,同等条件下可大幅提升运载能力。空间站主舱段均为20吨级的重磅航天器,目前只有长征五号B运载火箭具有足够推力来执行发射任务。在我国四大发射场中,也只有文昌发射场能够发射长征五号系列运载火箭。

  早在今年春节前,天和核心舱以及长征五号B运载火箭,就已经陆续进场展开为期三个月的发射场区总装测试工作。4月上旬,长征七号运载火箭也进入文昌发射场,与先期已运抵的天舟二号货运飞船一起进行总装测试。

  西昌卫星发射中心计划部副部长 李本琪: 这样就相当于长七火箭和长五火箭并行组织测试,是两拨人员,把发射场最大的地面设备保障能力都用完了。这里头还要考虑地面发射结束以后,还有状态转换、设备恢复等一系列的准备工作。

  由于长征五号B火箭和长征五号火箭共用同一个发射塔架,但两型火箭的构型并不完全一样,发射场塔勤系统需要对火箭塔架内部进行相应的状态转换工作。

  文昌发测站地面站副站长 张继: 从长五任务到长五B任务,我们有超过1/3的平台都需要状态转换,我们现在所处的这一层平台,在长五任务中,它对应的是芯二级的部位,在长五B任务中,它对应的是整流罩的部位。保障的需求不一样,我们就通过它的液压系统对这个平台的高度进行调整,以适应五B任务的测试需求。另外呢,由于长五B整流罩的部位直径比长五芯二级要大,所以说我们把它的翻板翻起,以适应它更大的一个直径的需求。

  天和核心舱是目前中国最大最复杂的航天器,进入发射场后启动的相关测试工作量也最为庞杂。为了同时确保核心舱和货运飞船的发射前质量管理,场区工作完全进入饱和状态。

  西昌卫星发射中心计划部副部长 李本琪: 最早系统设计的时候并没有考虑过要并行,我们现在是完全并行的,因为别的地方所谓并行测试,一般是指技术区和发射区并行,很少会出现像我们这样两个火箭同时竖在垂直总装厂房的,这也是中国航天史上比较少见的一个状态。

  针对两场发射任务之间的关联性,以及空间站在轨建造工程的计划节点,场区各系统工作人员努力优化射前流程,压缩发射状态转换和设备恢复的周期,全力保障中国空间站工程顺利推进。

  (原标题:航天“发射窗口”到底是啥?文昌发射场两场任务如何并行?走,一探究竟)

标签:长征五号B;海南文昌;中国空间站 责任编辑:吴丹
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