搭载空间站天和核心舱的

长征五号B遥二运载火箭

在我国文昌航天发射场点火升空

随着天和核心舱与火箭成功分离

之后太阳能帆板两翼顺利展开且工作正常

标志着中国空间站在轨组装建造全面展开

中国载人航天工程正式起步

长征、神舟、天舟和天宫等一系列

浪漫的名字逐渐变成现实

中国终于要拥有自己的“天上宫阙”

飞天的神话从梦想照进现实！

我们的空间站要做哪些实验？

为什么这空间站非发射不可？

为什么要建立一个这样的“天宫”？

下面就让我们一起揭秘！

它能实现多人次长期在轨驻留

会有一个长期稳定的生活和工作空间

搭载一系列顶级科研设备

航天员可以通过载人火箭和飞船

频繁往返、长期驻留在那里

并通过货运飞船定期补给

这种上下不分的场景在地球上是很难出现的，但在空间站是常态（图源：NASA）

太空有着得天独厚的环境

这是地球上几乎无法实现的

可以开展很多地球上难以进行的科研

对地球进行稳定的遥感探测

失重、上下不分、体液重新布置等

经历与地球环境截然不同的生活状态

这孕育出了崭新的航天医学学科

也产生了很多改变人类生活的新发明

各种集成便携的医疗器械等

人类载人航天技术发展到一定程度后

甚至很多相关制造业的发展

对于提升一个国家的整体科学技术水平

是任何一个航天大国技术发展的必经之路

人类载人航天技术于1971年

苏联把“礼炮一号”送入太空

共计有9个18-20吨的空间站发射

其中7个成功并被命名为“礼炮系列”

礼炮6号和7号更是可同时对接两艘飞船

刚结束了阿波罗登月的美国

利用土星五号登月火箭的强大能力

直接将其中的一部分改装并

发射成了一个80吨级的

这些早期空间站大都处于试验性质

为后续的空间站转型换代做技术储备

中国的“天宫一号”和“天宫二号”

与早期的“礼炮号”思路一致

主要用来验证空间交会对接

出舱行走和多人次在轨驻留等技术

天舟一号与天宫二号对接，是天宫正式开建前的大事件（图源：中国载人航天办公室）

在空间站发展史上有着举足轻重意义的

是1986年2月开始建造的

它采取积木式模块化结构

由核心舱、五个科学实验/生活舱段

对接过超过100艘载人和货运飞船

其中包括9次与航天飞机的对接经历

共计接纳了来自12个国家的

135名宇航员在此工作与生活

人类航天四代载人空间站技术特点

多国合作的“国际空间站”

2000年11月2日首次载人任务以来

已经连续保持了21年载人飞行

成长为一个宽109米、长73米

高20米、重达419吨

内部容积916立方米的空间“巨无霸”

相当于一栋七层楼高的小型体育场

容纳过数百个宇航员工作生活

成为了独一无二的航天平台

国际空间站（图源：NASA）

目前的总造价已经超过2000亿美元

每年各成员国为此付出的总运营费用

占据了大量的航天预算资源

关于退役的新闻经常出现

随着航天飞机于2011年退役

已经不太可能再出现第二个国际空间站

已经足够满足科研和应用需求

建造和运营维护成本更低

也就成为了目前的最佳方案

两个实验舱（问天号，梦天号）

和机械臂等组成总重约60吨的T字结构

对接货运飞船和载人飞船

足够满足三名航天员驻留

还有潜力进一步扩展为十字形结构

是中国载人航天技术的大集合

需要调动最核心的资源建造

需要的是长征火箭家族三剑客

长征五号B、长征二F和长征七号

长征五号B专门负责近地轨道重载任务

负责发射核心舱和实验舱

长征二F运力在8.5吨级别

是目前保持100%成功率的一款“神箭”

也是中国唯一的载人火箭

而长征七号是中国新一代主力火箭

建造天宫需要长征家族三大主力一起上阵（图源：中国载人航天办公室）

酒泉卫星发射中心拥有我国唯一的

载人航天发射和返回相关配套

此前所有11艘神舟飞船的起航

是中国航天员真正“登天”和“下凡”的地方

是中国最新、最先进的发射场

这里三面环海，且无残骸问题

海运让长征五号不再受限于陆路运输

而变得“胖起来”（5米最大芯级直径）

长征五号和长征七号系列火箭的定点基地

支撑起整个天宫的核心建造和补给过程

天宫不是一天可以建成的

还需要在太空中借助机械臂系统

像“堆积木”一样逐渐把整个结构搭建起来

期间需要有航天员在轨驻留

包括两次长征五号B火箭发射实验舱

四次长征二F火箭发射四艘神舟飞船

以及四次长征七号火箭发射天舟飞船

天宫空间站才能正式建成

天宫空间站示意图（图源：人民日报）

将标志着中国航天进入崭新的发展阶段

能实现多种技术创新和科技产出

是个不折不扣的“超级实验室”

例如，早在天宫二号空间实验室阶段

就实现了伽马射线暴偏振测量仪器

空-地量子密钥分配与激光通信试验

和多种材料科学实验等技术进展

空间科学技术必将取得更大的进步

处在航天技术金字塔最顶端的存在

直到今天也仅有苏联、美国和中国

对于带动整个航天和相关产业的发展

对于人类更远的星辰大海和星际移民梦想

空间站几乎是容纳大规模人类的唯一选择

相信不少读者们已经从各种科幻影视作品

了解过各种酷炫的空间站

或许就是中国人走向更远深空的起点

2019年中国航天日海报：从梦想到现实（图源：国家航天局）

“盘古破鸿蒙，天宫有九重”

但古人们的想象力仍有边界

以至于“难如登天”成为了

但“天宫”这座中国建造的天上宫阙

对“登天有多难”这个问题

也提出了对于更遥远的星辰大海的疑问

 “九天之际，安放安属？”

“日月安属，列星安陈？”

“天问一号”火星探测器

也在用“天问，问天”作出回答

北斗、墨子、悟空、嫦娥

这些以中华文化命名的航天器

都正在天空中向着真理孜孜探索

什么是浪漫，这就是浪漫！

祝福浪漫的中国航天不断进步！

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搭载“问天”实验舱的长征五号B遥三运载火箭已在海南文昌发射场整装待发。作为运送空间站舱段的“专属列车”，长征五号B运载火箭和它的“兄弟”长征五号火箭长得非常相似。

同为长五系列，这两型火箭在哪些方面一致，又有哪些不同？

长征五号运载火箭与长征五号B运载火箭同属长征五号火箭系列，两型火箭共享了5米大直径箭体结构研制、大推力液氧液氢发动机技术、大推力液氧煤油发动机技术、大型活动发射平台技术、系统级冗余控制技术等关键技术，但两型火箭在设计、用途等方面存在很多不同。

从构型上看，长征五号运载火箭采用两级半构型，由芯一级+助推器+芯二级+星罩组合体组成，“身高”57米；长征五号B运载火箭采用一级半构型，比长征五号少一级，由芯一级+助推器+星罩组合体组成，有53.66米高。

从外观上看，长征五号B运载火箭与长征五号运载火箭的最大区别在于整流罩：长征五号运载火箭的整流罩长度大约12.3米，而长征五号B火箭的整流罩长度达到了20.5米，是我国目前最大的火箭整流罩。

整流罩大，意味着长五B运送的载荷更大。作为运送空间站舱段的“专属列车”，长五B需要将体积和质量更大的空间站核心舱和实验舱打到近地轨道。可以说，长五B的“力气”更大。

而相对而言，长征五号火箭“跑得更远”，它一般用于发射高轨道的大型卫星以及各类深空探测器，例如实践二十号卫星、“嫦娥五号”月球探测器、“天问一号”火星探测器等；未来我国深空探测的任务，也将是长征五号的主战场。

为什么少了一个“二级”？

长五B是一个一级半火箭，比长五要少一个二级，这样做“减法”，在研制方面有哪些特殊？

具体来说，长征五号B火箭与长征五号火箭共享了芯一级和助推器的大部分关键技术，减少了一部分研制工作量，但是从研制难度上看，长五B这种一级半构型的火箭，在我们国家尚属首次，涉及到一些独有的技术特点，也是研制工作的重点和难点。

长征五号B与长征五号相比，是国内首次将一级火箭作为末级使用，不增加姿态调整和速度修正，直接将有效载荷送入轨道。在一级发动机关机时，约140t的推力在几秒钟之内消失，相当于一列高速行驶的火车突然“刹车”，还要稳稳停靠在指定位置，然后让“乘客”顺利地下车。为此研制队伍攻克了“大推力直接入轨”关键技术，满足了有效载荷对姿态控制和制导精度控制的指标。

长征五号B与长征五号相比，变“轻”了，火箭飞得更“快”，飞行时的过载也变大了，对箭上设备环境耐受能力提出了新考验。

相比于现役其他型号火箭，长五B有哪些特别的设计？

第一，长征五号B突破了低温火箭“零窗口”发射技术。

作为未来发射空间站核心舱和实验舱的火箭，空间站交会对接任务对长征五号B提出了“零窗口”发射的需求，发射时间精度误差要控制在1秒以内。为了做到“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，以准备好的状态等待点火。由于低温推进剂加注后会不停地“蒸发”消耗，因此，发射准备好的状态并不是越早越好，而是要严格按照时间要求精准地完成。研制团队从系统发射可靠性提升和发射流程优化两个方面开展工作。通过可靠性试验和分析工作，实现了关键系统可靠性提升；通过射前流程优化，进一步提高了各系统对于“零窗口”发射的适应性。

第二，长征五号B突破了大直径舱箭分离技术。研制团队围绕降低和改善冲击环境开展了专题攻关，对多种降冲击方案进行比较和试验后，采用了一种新型振动被动控制技术的降冲击方案。经过试验验证，舱箭分离界面的分离得到有效改善，空间站舱段可以在“下车”过程中感受到火箭的“温柔”。

此外，长征五号B还突破了大推力直接入轨技术。为了确保精准、安全入轨，研制团队从入轨姿态控制、入轨精度控制、分离安全控制三个方面开展攻关工作。通过采用姿态控制增益优化方法，提高了姿态控制精度；通过采用多方法联合的复合制导方案，有效降低了制导误差对精度造成的影响。同时，为了提高舱箭分离后的安全裕度，增加了2枚反推火箭，确保舱箭分离后，火箭一级箭体可以避开空间站舱段的轨道面。经过仿真分析、系统综合实验、半实物仿真试验等考核评估，大推力直接入轨精度控制和分离安全控制技术的有效性得到了验证。

长征五号系列火箭从设计之初，就按照“通用化、系列化、组合化”的设计思想开展设计。其发展思路可以概括为“一个系列、两种发动机、三个模块”，即首先研制5米直径基本型火箭，全面突破两种液氧煤油和氢氧发动机、三个模块及相关关键技术，形成研制5米直径系列火箭的能力，在近地轨道和地球同步转移轨道最大运载能力上与国际主流火箭接轨，进而带动我国其他新一代运载火箭发展，构筑新一代无毒、无污染运载火箭系列型谱，实现我国运载火箭的全面升级换代，并为下一步发展重型运载火箭奠定坚实的技术基础。

型谱化发展可以有效节约研制成本，缩短研制周期，最大化利用研制场地和设备，提升产品质量，实现高质量、高效益、高效率的发展。以长征五号B火箭为例，助推器和一级箭体、助推发动机和一级发动机相关产品采用与长征五号通用化的设计方案，长征五号B火箭在研制过程中不需要再开展相关研制试验；同时，产品生产也可以实现批量化，对发射场地及相关发射支持设备的需要也可以做到统一，极大节约研制成本和研制周期。

在长征火箭家族中，共有三型火箭参与到我国载人空间站工程中，分别是长征二号F运载火箭、长征五号B运载火箭以及长征七号运载火箭。

其中，长征五号B运载火箭主要完成载人空间站核心舱及两个实验舱的发射任务；长征七号运载火箭主要用于发射“天舟”货运飞船，为空间站和宇航员运送物资；长征二号F运载火箭主要负责将航天员送入空间站。

2022年至今，长二F和长七火箭均已成功亮相，搭载空间站“问天”实验舱的长五B也将赴星空。

【记者】王诗堃 贺达源 徐勉

【作者】 王诗堃；贺达源；徐勉