2020 年 5 月 5 日 18 點(diǎn)左右，我國“長征五號B”運(yùn)載火箭在海南文昌發(fā)射中心發(fā)射升空。本次搭載的是我國“新一代載人飛船試驗(yàn)船”，這是該型號火箭的首次發(fā)射，距離上次“長征五號”運(yùn)載火箭發(fā)射還不到半年的時(shí)間。

　　長征五B起飛畫面

　　俗話說“花開兩朵，各表一枝”，我們先聊聊長征五號B火箭，然后再聊聊新一代載人飛船。

　　長征五號B和長征五號的區(qū)別在哪里?

　　通過之前長征五號的歷次發(fā)射報(bào)道，我們已經(jīng)熟悉，長征五號由芯一級、芯二級和四個(gè)助推器組成。芯級火箭的直徑達(dá) 5 米，四個(gè)助推器的直徑均為 3.35 米，火箭高度 57 米。火箭整體看起來比較粗大，因此有“胖五”的昵稱。

　　長征五號和長征五號B比較，可見長五B少了二級火箭(示意圖)

　　長征五號B運(yùn)載火箭是在長征五號火箭的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改變研制的運(yùn)載火箭，它將為我國載人空間站的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。長征五號B全箭高度 53.7 米，起飛重量 837 噸，近地軌道運(yùn)載能力 25 噸。

　　這次發(fā)射的長征五號B省去了芯二級，因此高度比長征五號要矮，顯得更加胖了。長征五號B的發(fā)射任務(wù)主要是在近地軌道，因此不需要二級火箭，只用一級火箭和四個(gè)助推器就能完成任務(wù)。

　　長征五號B的每個(gè)助推器上都有兩臺火箭發(fā)動機(jī)，芯級火箭也是兩臺發(fā)動機(jī)，從底部看，共 10 臺發(fā)動機(jī)。

　　冰火兩重天，采用低溫?zé)o毒推進(jìn)劑的“冰箭”

　　大家是否有注意到，在我國用長征三號乙火箭發(fā)射嫦娥三號和嫦娥四號探測器的時(shí)候，在畫面上能夠看到棕紅色的煙霧升起來?這是因?yàn)殚L征三號乙運(yùn)載火箭采用的是四氧化二氮和偏二甲肼作為推進(jìn)劑，其中四氧化二氮為氧化劑，偏二甲肼為還原劑。棕紅色煙霧是由于四氧化二氮泄露出來后，變成二氧化氮的結(jié)果。

　　長征三號乙發(fā)射嫦娥四號運(yùn)載火箭起飛瞬間

　　采用四氧化二氮和偏二甲肼作為推進(jìn)劑的優(yōu)點(diǎn)是能夠在常溫儲存，對技術(shù)要求低;缺點(diǎn)是有一定的毒性，費(fèi)用高，且火箭的“比沖”相對較低。所謂的比沖，可以定性理解為，消耗單位質(zhì)量的推進(jìn)劑能夠給火箭帶來多少新增動量，這其實(shí)與火箭的噴氣速度成正比。

　　長征五號B和長征五號一樣，都是采用無毒無污染的液氧、液氫和煤油作為推進(jìn)劑。具體來說，芯一級采用的是液氧和液氫作為推進(jìn)劑，四個(gè)助推器均采用液氧和煤油作為推進(jìn)劑。

　　NASA 工程師在向容器中傾倒液氫

　　我們知道，液氧的沸點(diǎn)是零下 183 攝氏度，而液氫的沸點(diǎn)更是驚人的零下 253 攝氏度，僅高于絕對零度 20 度(絕對溫度為零下 273 攝氏度)，是名副其實(shí)的“冰箭”。

　　處于低溫狀態(tài)的液氫和液氧像是難以馴服的怪獸，大型低溫火箭的研發(fā)難度是非常高的。當(dāng)然，氫氧火箭的優(yōu)點(diǎn)也是非常明顯的，那就是比沖非常高，能夠用更少的火箭燃料把更多的載荷送入太空，無論燃料本身，還是燃燒生成的水蒸氣，都是完全綠色無污染的。

　　新一代載人飛船和“神舟”飛船的區(qū)別在哪里?

　　此前，我國神舟飛船采用的是三艙結(jié)構(gòu)：服務(wù)艙、返回艙和軌道艙;而新一代飛船則采用的是服務(wù)艙和返回艙的兩艙結(jié)構(gòu)。為什么沒有軌道艙了呢?簡單來講就是，返回艙的空間已經(jīng)足夠大，沒必要額外增加一個(gè)艙室了。

　　神舟飛船的三艙結(jié)構(gòu)示意圖(服務(wù)艙、返回艙和軌道艙)

　　從發(fā)展歷程上看，我國神舟飛船是從前蘇聯(lián)聯(lián)盟飛船那里借鑒的三艙結(jié)構(gòu)。聯(lián)盟飛船采用三艙結(jié)構(gòu)，其初衷是為了載人登月。當(dāng)時(shí)，為了降低設(shè)計(jì)難度，返回艙采用直徑較小的設(shè)計(jì)，容積不大，因此為了增加內(nèi)部空間，另外加上了軌道艙。我們知道，雖然后來他們沒有載人登月，只是在近地軌道往返，但這種設(shè)計(jì)卻保留了下來，加大的空間，增加了宇航員在軌道上的舒適度。

　　2018 年 4 月進(jìn)行的新一代飛船氣囊緩沖試驗(yàn)

　　從外觀上看，神舟飛船采用的鐘形設(shè)計(jì)，這是為了在給定直徑下，盡量增加內(nèi)部空間。新一代飛船的直徑大，則采用的是倒錐形設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡潔，而且便于加工和制造。倒錐形的設(shè)計(jì)也是當(dāng)今各國新飛船的主流設(shè)計(jì)風(fēng)格，例如獵戶座飛船和 SpaceX 的載人龍飛船等等。

　　新一代飛船具有容量大、多用途以及可重復(fù)使用的特點(diǎn)

　　新飛船直徑達(dá) 4.5 米，能夠搭載 6 到 7 名宇航員，而神舟飛船最多只能夠搭載 3 名宇航員。

　　新飛船采用模塊化設(shè)計(jì)，有兩種服務(wù)艙可選，而返回艙則是一樣的，可通過更換更大的服務(wù)艙來實(shí)施載人登月和深空探測任務(wù)。

　　資料顯示，神舟飛船的重量為 8 噸，而新飛船的重量有 14 噸和 21.6 噸兩種，分別對應(yīng)近地軌道任務(wù)的飛船和深空探測任務(wù)的飛船。

　　新飛船由于采用了全新的防熱材料和結(jié)構(gòu)，耐熱能力是神舟飛船的三倍以上!理論上，能夠重復(fù)使用可達(dá) 10 次，這樣就大大降低了運(yùn)維成本。

　　另外，新飛船停靠空間站的壽命大大提高。此前，神舟飛船只能堅(jiān)持半年，而新飛船可達(dá)兩到三年。這里要講解一個(gè)知識點(diǎn)，當(dāng)空間站有宇航員駐留時(shí)，必須有一艘飛船作為救生艇與空間站實(shí)時(shí)對接。如果飛船的在軌壽命只有半年，那么意味著半年就要進(jìn)行一次飛船更換，而飛船在軌壽命提高到兩到三年后，就極大降低發(fā)射次數(shù)，節(jié)約費(fèi)用。

　　新一代飛船采用全新的著陸方式

　　平時(shí)關(guān)注航天的朋友都知道，神舟飛船在返回的時(shí)候，是靠單個(gè)巨大的降落傘和反推火箭完成最終減速并著陸的，聯(lián)盟飛船也是一樣的方式。新飛船則嘗試一種全新的著陸方式，那就是采用三傘加氣囊，其中每個(gè)傘都與神舟的單傘一樣大。

　　神舟飛船返回(左)和聯(lián)盟飛船返回(右)

　　此外，新飛船安裝有固體發(fā)動機(jī)，用于調(diào)整姿態(tài)和修正返回彈道。

　　據(jù)悉，本次新飛船將在軌道飛行期間，還要進(jìn)行多次變軌操作，要將飛船逐漸抬升至大橢圓軌道，然后以接近第二宇宙速度的方式返回地球，模擬未來新飛船完成深空探測任務(wù)后的返回過程。

　　海南文昌發(fā)射中心的地理優(yōu)勢是什么?

　　海南文昌發(fā)射中心位于海南省文昌市龍樓鎮(zhèn)境內(nèi)，是我國首個(gè)濱海發(fā)射中心，也是世界上為數(shù)不多的低緯度發(fā)射場之一。

　　該發(fā)射中心可以發(fā)射長征五號系列火箭和長征七號運(yùn)載火箭，主要承擔(dān)地球同步軌道衛(wèi)星、大質(zhì)量極軌衛(wèi)星、大噸位空間站和深空探測衛(wèi)星等航天器的發(fā)射任務(wù)。

　　文昌航天發(fā)射中心作為低緯度濱海發(fā)射場，能夠借助接近赤道的較大線速度，使火箭燃料消耗減少，據(jù)悉，同型號火箭運(yùn)載能力可提升 10%。除此之外，該發(fā)射中心還有利于通過海運(yùn)解決大型火箭的運(yùn)輸難題并提高殘骸墜落的安全性。
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