长征五号B火箭搭载新一代飞船首飞成功！一文透彻了解本次航天任务

腾讯太空 乔辉/文

2020年5月5日18点左右，我国“长征五号B”运载火箭在海南文昌发射中心发射升空。

长征五B起飞画面

长征五B起飞画面

本次搭载的是我国“新一代载人飞船试验船”，这是该型号火箭的首次发射，距离上次“长征五号”运载火箭发射还不到半年的时间。

图注：发射前夕，长征五号B火箭转场画面

俗话说“花开两朵，各表一枝”，我们先聊聊长征五号B火箭，然后再聊聊新一代载人飞船。

长征五号B和长征五号的区别在哪里？

图注：长征五号和长征五号B比较，可见长五B少了二级火箭（示意图）

通过之前长征五号的历次发射报道，我们已经熟悉，长征五号由芯一级、芯二级和四个助推器组成。芯级火箭的直径达5米，四个助推器的直径均为3.35米，火箭高度57米。火箭整体看起来比较粗大，因此有“胖五”的昵称。

长征五号B运载火箭是在长征五号火箭的基础上，进行改变研制的运载火箭，它将为我国载人空间站的建设奠定基础。长征五号B全箭高度53.7米，起飞重量837吨，近地轨道运载能力25吨。

这次发射的长征五号B省去了芯二级，因此高度比长征五号要矮，显得更加胖了。长征五号B的发射任务主要是在近地轨道，因此不需要二级火箭，只用一级火箭和四个助推器就能完成任务。

长征五号B的每个助推器上都有两台火箭发动机，芯级火箭也是两台发动机，从底部看，共10台发动机。

冰火两重天，采用低温无毒推进剂的“冰箭”

大家是否有注意到，在我国用长征三号乙火箭发射嫦娥三号和嫦娥四号探测器的时候，在画面上能够看到棕红色的烟雾升起来？这是因为长征三号乙运载火箭采用的是四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂，其中四氧化二氮为氧化剂，偏二甲肼为还原剂。棕红色烟雾是由于四氧化二氮泄露出来后，变成二氧化氮的结果。

图注：长征三号乙发射嫦娥四号运载火箭起飞瞬间

采用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂的优点是能够在常温储存，对技术要求低；缺点是有一定的毒性，费用高，且火箭的“比冲”相对较低。所谓的比冲，可以定性理解为，消耗单位质量的推进剂能够给火箭带来多少新增动量，这其实与火箭的喷气速度成正比。

长征五号B和长征五号一样，都是采用无毒无污染的液氧、液氢和煤油作为推进剂。具体来说，芯一级采用的是液氧和液氢作为推进剂，四个助推器均采用液氧和煤油作为推进剂。

NASA工程师在向容器中倾倒液氢

我们知道，液氧的沸点是零下183摄氏度，而液氢的沸点更是惊人的零下253摄氏度，仅高于绝对零度20度（绝对温度为零下273摄氏度），是名副其实的“冰箭”。

处于低温状态的液氢和液氧像是难以驯服的怪兽，大型低温火箭的研发难度是非常高的。当然，氢氧火箭的优点也是非常明显的，那就是比冲非常高，能够用更少的火箭燃料把更多的载荷送入太空，无论燃料本身，还是燃烧生成的水蒸气，都是完全绿色无污染的。

新一代载人飞船和“神舟”飞船的区别在哪里？

此前，我国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的是服务舱和返回舱的两舱结构。为什么没有轨道舱了呢？简单来讲就是，返回舱的空间已经足够大，没必要额外增加一个舱室了。

图注：神舟飞船的三舱结构示意图（服务舱、返回舱和轨道舱）

从发展历程上看，我国神舟飞船是从前苏联联盟飞船那里借鉴的三舱结构。联盟飞船采用三舱结构，其初衷是为了载人登月。当时，为了降低设计难度，返回舱采用直径较小的设计，容积不大，因此为了增加内部空间，另外加上了轨道舱。

图注：联盟飞船三舱结构（服务舱、返回舱和轨道舱）

我们知道，虽然后来他们没有载人登月，只是在近地轨道往返，但这种设计却保留了下来，加大的空间，增加了宇航员在轨道上的舒适度。

图注：2018年4月进行的新一代飞船气囊缓冲试验

从外观上看，神舟飞船采用的钟形设计，这是为了在给定直径下，尽量增加内部空间。新一代飞船的直径大，则采用的是倒锥形设计，这种设计结构简洁，而且便于加工和制造。

倒锥形的设计也是当今各国新飞船的主流设计风格，例如猎户座飞船和SpaceX的载人龙飞船等等。

新一代飞船具有容量大、多用途以及可重复使用的特点

新飞船直径达4.5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名宇航员。

新一代飞船在轨飞行（艺术图）

新飞船采用模块化设计，有两种服务舱可选，而返回舱则是一样的，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，神舟飞船的重量为8吨，而新飞船的重量有14吨和21.6吨两种，分别对应近地轨道任务的飞船和深空探测任务的飞船。

新飞船由于采用了全新的防热材料和结构，耐热能力是神舟飞船的三倍以上！理论上，能够重复使用可达10次，这样就大大降低了运维成本。

另外，新飞船停靠空间站的寿命大大提高。此前，神舟飞船只能坚持半年，而新飞船可达两到三年。这里要讲解一个知识点，当空间站有宇航员驻留时，必须有一艘飞船作为救生艇与空间站实时对接。如果飞船的在轨寿命只有半年，那么意味着半年就要进行一次飞船更换，而飞船在轨寿命提高到两到三年后，就极大降低发射次数，节约费用。

新一代飞船采用全新的着陆方式

图注：神舟飞船返回（左）和联盟飞船返回（右）

平时关注航天的朋友都知道，神舟飞船在返回的时候，是靠单个巨大的降落伞和反推火箭完成最终减速并着陆的，联盟飞船也是一样的方式。新飞船则尝试一种全新的着陆方式，那就是采用三伞加气囊，其中每个伞都与神舟的单伞一样大。

此外，新飞船安装有固体发动机，用于调整姿态和修正返回弹道。

据悉，本次新飞船将在轨道飞行期间，还要进行多次变轨操作，要将飞船逐渐抬升至大椭圆轨道，然后以接近第二宇宙速度的方式返回地球，模拟未来新飞船完成深空探测任务后的返回过程。

海南文昌发射中心的地理优势是什么？

海南文昌发射中心位于海南省文昌市龙楼镇境内，是我国首个滨海发射中心，也是世界上为数不多的低纬度发射场之一。

该发射中心可以发射长征五号系列火箭和长征七号运载火箭，主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。

文昌航天发射中心作为低纬度滨海发射场，能够借助接近赤道的较大线速度，使火箭燃料消耗减少，据悉，同型号火箭运载能力可提升10%。除此之外，该发射中心还有利于通过海运解决大型火箭的运输难题并提高残骸坠落的安全性。

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