长五B火箭首飞成功，创下多个“第一次”

图片来源：江程杰
2020年5月5日18点，我国“长征五号B”运载火箭搭载新一代载人飞船试验船，在海南文昌发射中心发射升空。约488秒后，载荷组合体与火箭成功分离，进入预定轨道，拉开我国载人航天工程“第三步”任务的序幕。
近地轨道运力25吨，为中国空间站而准备
这是该型号（长征五号B）火箭的首次发射，上面搭载新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱，载荷质量达到22吨，是中国乃至亚洲火箭首次发射超过20吨的载荷，进一步奠定了长征五号系列在世界现役火箭运载能力第一梯队中的地位。

长征五号系列火箭是我国现役运力最强火箭，目前仅有长征五号和长征五号B（后文简称“长五B”）两个型号。长五B是在长征五号基础上改研而成的，可以说是专门为建设中国空间站而准备。
长征五号芯级火箭直径5米，外侧捆绑4个助推器，全高57米，整体看起来比较粗大，昵称“胖五”。长五B比它少了芯二级和级间段，所以矮一些，但腰围一样。
长五B火箭全高53.7米，起飞重量近850吨，近地轨道运载能力25吨。它仅在芯一级上捆绑4个助推器，属于一级半结构（助推器算半级），是我国首个一级半构型火箭。
目前我国航天任务多采用多级火箭，一个子级燃料用完，就会脱落下来，发动下一级，通过“卸包袱”的方式获取更好的加速。但是火箭级数越多，控制起来就越复杂，因此一般不会超过四级。长征五号也只是二级半。
相比多级火箭“接力”，长五B更“简单粗暴”，从点火到入轨一气呵成，是我国现役运载火箭中唯一一款直接入轨的火箭。这样的构型不仅丰富和完善了我国新一代运载火箭型谱，也提升了系统可靠性。
据悉，为了获得更好的加速性能，长五B火箭在芯级和助推器上都做了减重优化，并且这些优化也会用在之后的长征五号火箭上。
除了外形，在轨道选择上，长征五号B火箭和长征五号也有所不同。或者说，正因为轨道不同，所以外形不同。
长征五号主打“长途”运输，运送目的地包括3万6千公里外的地球同步轨道（高轨道卫星任务）、38万公里外的月球（嫦娥五号月球探测器任务），以及5千万公里外的火星（火星探测器任务）。
长五B则专注于高度200至400公里的近地轨道，这是我国空间站建设的主战场，后续空间站的核心舱和实验舱等主要舱段都要由它运送。
为了运载这些“庞然大物”，长五B的整流罩比长征五号大得多，长度超过20米，足以装下10多米长、4米多粗的空间站核心舱。
等它把各个舱段都送上天，就可以在轨道上拼成一个空间站了。
将来，长五B还会被用于发射近地轨道的大型卫星及飞船。
长征五号B有非常大的整流罩（头部），可以将大体积载荷装进去送上太空 | 中国航天报
点火时间精确到秒，开创冰箭零窗口发射先河
动力方面，长五B和长征五号一样，均采用无毒无污染的液氧、液氢等低温燃料作推进剂，是一支低温火箭，俗称“冰箭”。
冰箭的优点非常明显，能够用更少的燃料把更多的载荷送入太空，并且燃烧产物只有水蒸气，绿色无污染。但它的研发难度也极高，对火箭的控制非常严格。
这次长五B成功发射，开创了冰箭零窗口发射的先河。
“发射窗口”是指允许火箭发射的时间范围，“零窗口”也就是发射时间范围为零的发射窗口，它要求火箭必须分秒不差地点火升空。
我国在实施天宫一号、北斗导航卫星等发射任务时，都曾进行过零窗口发射。未来的空间站交会对接任务，对长五B火箭也提出了零窗口发射需求，发射时间精度误差要控制在1秒以内。
作为一只“冰箭”，长五B火箭的零窗口发射有着更高技术含量和更大难度。
为了实现零窗口发射，火箭各系统要确保在点火前一段时间，就完成各项准备。但液氧、液氢等低温推进剂加注后会不停地蒸发消耗，因此长五B火箭的准备状态并不是越早越好，而要严格按照时间要求精准完成，并且为应对各种情况充分做好预案。
此次长五B火箭零窗口发射成功，充分证明了新技术的可行性。
搭载新一代载人飞船，适应更恶劣的太空环境
除了验证火箭技术，长五B还将新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱送入了太空。它们将各自开展技术试验，为我国空间站在轨建设打基础。
新一代飞船比之前的神舟飞船结构更简单，但容量更大，寿命更长，并且部分结构可回收利用。

新一代载人飞船试验船 |中国空间技术研究院

此前，我国的神舟飞船采用的是三舱结构：服务舱、返回舱和轨道舱。而新一代飞船则采用两舱结构，只有服务舱和返回舱。为什么没有轨道舱了呢？
一方面，因为返回舱的空间已经足够大，没必要额外增加一个舱室来供给宇航员活动。另一方面，我们即将拥有中国空间站，很多太空实验都可以直接在空间站里做，就不需要在轨道舱里折腾了。
新飞船的返回舱容积达13立方米 ，能够搭载6到7名宇航员，而神舟飞船最多只能够搭载3名。当只搭载3名宇航员时，新飞船还可额外运送约500千克的物资。
由于采用了全新的防热材料和结构，新飞船返回舱的耐热能力也非常强，是神舟飞船的三倍以上。理论上，能够应对进入大气层时与空气摩擦产生的热量，可重复使用10次，大大降低单次任务成本。
服务舱（安装推进系统、电源等）方面，新飞船采用模块化设计，有两种服务舱可选。同样的返回舱，可通过更换更大的服务舱来实施载人登月和深空探测任务。
资料显示，新飞船的重量有14吨和21.6吨两种，分别对应近地轨道任务和深空探测任务。
总体上，新飞船的设计寿命也比较长，达到2~3年，神舟飞船的寿命仅有几十天。
等中国空间站建成后，它不仅用来送宇航员往返空间站，还将作为逃生用的备用飞船，在空间站长期泊靠。
较长的寿命和新的材料设计，可支持它在太空更恶劣的环境、尤其是深空辐射中，长期正常工作。
未来的中国载人登月计划，它也是必然的主力。

中国空间站效果图，由不同舱段拼接而成，上面泊靠飞船 | 新华网

总而言之，无论是长五B运载火箭，还是新飞船试验船，这次发射，都是对新技术的检验，我们离建设中国空间站和九天揽月又近了一大步。

参考来源：科技日报、人民日报、腾讯太空、中国科普博览、科学大院等
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