首次执行交会对接长五B面临哪些挑战

7月24日，由中国运载火箭技术研究院（中国航天科技集团有限公司所属，以下简称“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”）搭载空间站问天实验舱，在海南文昌航天发射场升空。这是我国大型低温氢氧火箭首次执行交会对接任务，难度好比在太空“穿针引线”。为此，长五B从优化射前流程、拓展发射窗口、释放运载能力三方面改进提升性能，全力保障任务圆满成功。

从“串联”到“并联”

问天实验舱和天和核心舱需要通过交会对接在轨组装，因此，对火箭提出了“零窗口”的发射要求。而长五B是低温火箭，面临着低温推进剂加注问题和复杂的射前流程，实施“零窗口”发射难度相比常温火箭要大得多。

原来，各系统只能按时序完成射前指令，把时间消耗在等待上一个流程。“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。“我们将各系统耦合性高的工作由‘串联’变为‘并联’，为火箭发射前预留了2.5分钟的故障处理时间，一旦在点火前暴露一些问题，可以有充足的时间来反应。”火箭院长五B火箭总体副主任设计师刘秉说。

从“追火车”到“乘高铁”

首次执行快速交会对接任务，要求长五B以更高的可靠性来实现准点发射、精确入轨，并将问天实验舱准确地送入与核心舱共面、共轨的转移轨道。在刘秉看来，这就像火车到站，“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保障，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更高的要求。

航天发射是火箭、发射场、地面等系统协同的结果。为确保大型低温火箭能够可靠发射，设计团队将原来的零发射窗口拓展至2.5分钟。据火箭院长五B火箭轨道设计师王建明介绍，窄窗口点火可以提升火箭的点火可靠性，但由于地球不断自转，“为克服地球自转带来的影响，需要火箭具备起飞时刻的偏差修正能力”。

为此，设计团队对长五B创新性地运用姿态控制增益优化和复合制导方法，大大提高了火箭的姿态控制精度。点火后，火箭依靠先进的制导技术不断调整弹道，直奔空间站。

从“大包小裹”到“轻松上阵”

运载火箭的能力有多大，航天的舞台就有多大。

作为目前我国近地轨道运载能力最大的火箭，长五B的近地轨道运载能力超过23吨，此次托举问天实验舱演绎浪漫的“太空之吻”。

问天实验舱采用快速交会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。

为了搭载更多的推进剂、生活物资等维持空间站在轨运营，设计团队对长五B进一步评估、折算，扔掉箭体中的“累赘”。“如果把发射火箭比作游客出行，那么以前就是出远门，需要携带大包小裹保障衣食住行；现在则更像是临时出差，轻轻松松带上必备物品就可以出发了。”刘秉打了个比方。

从“串联”到“并联”、从“追火车”到“乘高铁”、从“大包小裹”到“轻松上阵”，长五B火箭对标发射可靠性要求高、入轨精度要求高、运载能力要求高这三大任务特点，将为中国航天定格唯美的“问天之吻”。