长五B火箭拥有长达20.5米的国内最大整流罩，近地轨道运载能力达到25吨级。问天实验舱是我国迄今为止重量最大的载荷，重量约为23.2吨。
7月24日14时22分，由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院（简称“火箭院”）抓总研制的长征五号B遥三运载火箭（以下简称“长五B火箭”）冲上云霄，成功将我国空间站建造阶段首个实验舱，也是我国迄今为止发射的最重载荷——问天实验舱发射至预定轨道。我国空间站建造关键之战取得圆满成功。
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据此前中国载人航天工程办公室消息，今年将实施6次飞行任务，完成我国空间站在轨建造。其中，长五B火箭在7月发射问天实验舱与天和核心舱对接，10月发射梦天实验舱与天和核心舱对接。之后三舱形成“T”字基本构型，完成中国空间站在轨建造。此次任务是今年完成空间站在轨建造承上启下的关键之战，意义重大。
长征五号B遥三运载火箭。中国运载火箭技术研究院供图
长五B火箭首次执行零窗口发射任务
作为我国目前近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭，长五B火箭拥有长达20.5米的国内最大整流罩，近地轨道运载能力达到25吨级。问天实验舱是我国迄今为止重量最大的载荷，重量约为23.2吨。
火箭院长五B火箭总体副主任设计师刘秉介绍，“问天实验舱需要与空间站天和核心舱进行快速交会对接，因此，必须在规定时间分秒不差地发射，否则将无法到达指定位置，需要耗费巨大代价调整轨道；甚至导致发射终止，那就需要等待下一个发射窗口重新组织发射，严重影响任务周期。”
由于问天实验舱和天和核心舱要通过交会对接，在轨进行组装，所以要求火箭“零窗口”发射。而长五B火箭是低温火箭，面临着低温推进剂加注问题和复杂的发射射前流程，实施零窗口发射相比常温火箭难度大得多。
各系统只能按时序完成射前指令，把时间消耗在等待上一流程上。“就像面对逐题试卷限时竞答，一旦卡在前面简单的问题上，后面的题目分数很高却又不能做，显得束手束脚。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮这样比喻。为了和时间赛跑，设计团队开展了适应“零窗口”发射要求的射前流程优化改进。
本次任务中，长五B火箭实施零窗口发射，这也是长五系列火箭首次执行零窗口发射任务。为保证准时发射，型号队伍对射前负10分钟的发射流程进行了优化，将部分流程前置。其实，距离发射2.5分钟时，火箭就已完成发射前各项准备工作，具备了点火发射能力，随时可发射。虽然只有短短的2.5分钟，但对型号队伍来说却意味着宝贵的时间和机会，发射前万一发生突发情况，型号队伍可在这2.5分钟内迅速作出决策、进行处置。
准时点火只是开始，精准入轨才是成功。刘秉介绍，长五B火箭还应用了起飞时间偏差修正技术，最大修正时间为2.5分钟。“通俗理解，火箭最迟可推延2.5分钟发射，在0到2.5分钟这个时间段内的任一时间点发射，火箭都可以在飞行过程中自动修正因推迟发射导致的飞行偏差，将实验舱精准送入预定轨道。”
长五B火箭首次执行快速交会对接任务
此次长五B火箭首次执行快速交会对接任务，要求火箭以更高的发射和飞行可靠性实现准点发射、准确入轨，将问天舱准确送入与核心舱共面、共轨的转移轨道。
据介绍，就像火车到站，以前乘客需要“追火车”才能找到自己的车厢，现在的高铁都是精准对标到地标。从“追火车”到“乘高铁”，入轨精度偏差缩小为空间站舱段交会对接提供了更好的保障，但是也对火箭的动力、结构和控制系统偏差控制水平提出了新的和更高的要求。
点火后，火箭依靠更先进的制导技术不断调整弹道，直奔空间站。“就好比投出去的篮球能按照篮筐位置、球场风速、气流和温度等的变化，不断修正自己的前进轨迹，直奔篮筐而去。”火箭院火箭科普专家钱航说，“这有点像汽车的自动驾驶技术，只是长五B这辆‘汽车’，重达数百吨、时速不可估量，要做到‘自动驾驶’可不容易。”长五B火箭创新运用姿态控制增益优化和复合制导方法，从而提高了火箭姿态控制精度。
问天实验舱采用快速交会对接的方式与空间站天和核心舱对接形成组合体，整个过程大约6.5小时，需要舱段消耗燃料来变轨满足对接要求，会造成运载能力的损失。为了能搭载更多的推进剂、生活物资等维持空间站在轨运营，长五B团队对火箭的运载能力进一步评估、折算，扔掉箭体中的“累赘”，为火箭释放了更大的运载能力。“如果把发射火箭比作游客出行，那么以前就是出远门，需要携带大包小裹来衣食住行，而现在更像是临时出差，轻轻松松带上必备物品就可以出发了。”刘秉说。
此外，记者还了解到，安全、精准地将问天实验舱送到目的地是型号队伍的首要任务。为不断提高火箭可靠性，型号队伍在生产工艺等方面进行了30余项改进。
刘秉表示，长五B火箭和长五火箭共用的发射场地面设备2013年投入使用，部分设备已达到使用寿命。对此，型号队伍对发射场地面设备进行了测试、维修、更换，确保安全可靠，保障发射任务顺利进行。
随着发射次数增多，型号队伍对火箭技术状态的认识也更加全面。目前，长五B火箭在发射场的发射准备时间约为60天，本次任务进一步优化了测试流程，在火箭模块转运、状态恢复、吊装前准备等环节，将串行工作模式改为并行。现在，53天就可完成发射准备工作，比以往缩短了7天，为后续进一步提高火箭发射效率，应对未来高密度常态化发射奠定了基础。
长五B火箭如何穿越火线？
中国空间站由一个核心舱和两个实验舱组成，这3个舱段的发射任务都由长五B火箭执行。据了解，长五B火箭中“深低温”液氧液氢燃料占火箭体重的90%以上，堪称火箭家族中的“冰墩墩”。大暑时节、又在低纬高温之地发射，“冰墩墩”长五B火箭如何穿越层层火线？
“冰墩墩”长五B火箭身体里的液氧温度达到负183摄氏度，液氢温度可达负253摄氏度，已经接近负273.15摄氏度的绝对零度。人在炎炎烈日下暴晒，会挥汗如雨，长五B火箭更是如此。海南文昌发射场气候潮湿，在最热时刻发射，低温推进剂加注后，箭体表面的温度低，就会出现结露现象，箭体表面的冷凝水顺着箭体流下，这对箭体结构的防水提出了较大挑战。
为此，周身冰冷的它在完成加注后要防止贮箱内部温度过高，因此采用隔热材料和工艺，在外层均设置了绝热层，就像披上了一身“隔热汗衫”，保持箭体内外温差较大的情况下维持低温环境。不但能够有效减小贮箱内部温度升高，同时可以有效缓解箭体外部冷凝水的产生。
火箭院结构系统指挥王乾解释了“隔热汗衫”的工作原理：“一方面，团队通过在整流罩内部设计排水罩和倒水孔，将舱内可能产生的水往外疏导；另一方面，在箭体的关键设备、电缆均采取防水措施，同时箭体部段间的对接面同样利用涂胶等手段进行封堵，防止外部水汽进入箭体内部。”
在执行发射任务前，约20层楼高、几百吨重的“冰墩墩”长五B要从总装厂房被转移到发射塔架，整个过程需要两三个小时才能完成。为了避免“冰墩墩”被“热化了”，设计人员为这个“巨无霸”设置了全程冷链运输。
所谓全程冷链运输，也就是在星罩组合体转运和火箭转运至发射区过程中，均有空调向罩内输送常温干燥空气，保障问天实验舱的舒适度。其中，星罩组合体转运主要使用的是转运车搭载的吹风设备，火箭转运发射区过程中主要使用活动发射平台上的空调。等火箭到达发射区后，整流罩部分通过空调口进行空调送风，各壳段通过舱口进行空调送风。
“大暑迎发射，又是在中午，如果不能保障全程冷链运输，金属一旦热胀冷缩就会影响煤油贮箱的容量。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮说。
据介绍，团队特意为问天实验舱定制了Plus版空调房，也就是始终保持常温干燥空调送风的超大整流罩。“我们根据问天舱外形包络情况，重点开展了罩内许用空间安全分析，”王乾说，“同时，为保证问天舱的对接安装，我们也在整流罩、载荷支架、仪器舱的多余物清洁方面做了很多工作。确保在火箭飞行和分离动作过程中，不产生多余物。”
长五B火箭的整流罩上共设置了两路送风接口，送风空调能够满足超大空间送风要求，从而保障问天舱始终处于舒适的环境。整流罩的头锥部段选用了冯卡门锥曲线，头锥高度达到5米以上，能够大大降低火箭在大气飞行中的气动加热，保障整流罩内外温差较小。此外，设计人员在整流罩外侧粘接具备优良的隔热效果的软木，能有效减小因气动加热引起的罩内温度升高，避免问天舱在穿越大气层时遭受炙烤。
新京报记者 张建林
