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回复:长文科普长征五号B运载火箭

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运输
总装完毕了就该考虑运到发射场了,火箭采用的是5m直径,故一般的铁路运输已经满足不了胖五了,所以采取用海运的方式把火箭运到海南,考虑到文昌清澜港的规模,运送长五系列需要两艘船,远望21号和远望22号就是为他量身定制的我国第一型专门的火箭运输船。这两艘运输船长130m,宽19m,满载排水量9000余吨。通常要经过一个星期的海运把火箭从天津港运到文昌清澜港,从长征五号B最近几次从进场到发射的流程都有优化,从遥二的67天优化到遥三的55天。
与此同时,或许是为了节约成本的缘故,现在文昌发射的火箭可不止这两艘船能运了,商船已经扛起了运输火箭的重任,最有名的一艘商船便是他——绪扬16号船,长征五号B遥二的助推器就是他运的,同时现在所有长七长八也是他运输,所以大家给他起了个绰号“远望23”




IP属地:陕西来自Android客户端17楼2022-09-03 10:07
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    进场测试
    在这55天的时间里,长征五号B将经历在综合测试厂房水平测试以后就运到脐带塔上开始垂直组装与测试,长征五号B采用“三垂”测发模式,即垂直测试 垂直总装 垂直转运,类似于长征二号F的测发模式。这个脐带塔可不简单,长征五号运载火箭活动发射平台是复杂的机、电、液、气一体化的大型产品,是中国规模最大的发射平台重达两千余吨。活动发射平台首次集成了地面发射支持系统气液连接器、供气系统、发动机排氢燃烧系统、地面瞄准系统等多个子系统。通过开展结构强度、燃气流场排导、喷水降温等仿真计算、摆杆结构静载及加载摆动试验、平台行走试验、台体总装等。同时火箭的承力方式为12点承力,如图中模型所示,这12个点将承担火箭全部重量。(图片来自:长沙理工大学模型协会)
    与此同时荷载方在对航天器进行合体总装 综合测试之后将垂直状态进入荷载加注厂房为荷载加注燃料,随后垂直状态把整流罩合上并垂直运输到总装大楼与火箭合体。这样一枚完整的长征五号B火箭就诞生了!




    IP属地:陕西来自Android客户端18楼2022-09-03 10:09
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      转运
      火箭在完成垂直重装测试后就要转运到101号发射工位了,长五系列的转运通常在发射前六天的早上进行。时间通常从早上7时开始,持续两三个小时,把火箭从总装阵地转移到发射阵地。这也就基本宣布火箭已经弓拉满箭在弦了!万事俱备,只欠发射。在转运完成后工位的保护塔架将和上对火箭进行保护和最后的检查工作,塔架一共分为三层,第一层是最宽的。





      IP属地:陕西来自Android客户端19楼2022-09-03 10:10
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        燃料加注准备
        在经历了长达六天最后的检查后就可以进入发射程序了。话不多说,看具体的准备流程(以长征五号B遥二为例)
        —24小时:火箭进行煤油加注
        —8小时:低温推进剂加注开始,这个时候我们可以清楚的看到塔架冒出的白雾。
        —5至—4小时:三层塔架全部打开,火箭再次暴露在我们的面前!很长五基本型不一样,长五B发射时塔架都是一次性很快开完的。
        —50分钟左右:补充逸散的低温推进剂。
        —10分钟以内:我们可以看到火箭不在冒白雾了,这时加注口与泄压口全部关闭。随后摆杆打开(别看是跟杆子,但其实包含着各种加注管路,也能起到稳定火箭的作用)


        IP属地:陕西来自Android客户端20楼2022-09-03 10:11
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          (6) 正片开始!火箭的发射
          第一步:点火起飞
          随着01指挥员点火口令的下达,火箭正式进入点火程序。与美国不一样的是我们是数到0才开始点火,美国是数到0起飞。然后长五火箭的启动是我国现役火箭中很复杂的一个,也是建立推力时间最长的一个,从进入点火程序到起飞得有9秒的间隔。
          以上四图可以说明点火全过程:
          图一我们可以看见芯级下面有电火花,其实这不是点火的,上文说了发动机是火药棒点火,而是为了消除预冷发动机而产生的氢气以避免氢气聚集引发事故,图三我们可以看到一团熊熊的火焰升起来了,这团火就是电火花消掉的氢气,由于氢气密度很低,所以火是朝上漂的。
          图二图三所示:在氢氧发动机开始执行点火程序以后发射台开始喷水。圈出来的那黄色的小凸起就是喷淋降噪系统可以减少噪音保护火箭和塔架。
          图四所示,在喷水系统启动数秒后承担火箭百分之90起飞推力的助推器就点燃了。我们可以看到有绿光闪过,这绿光就是点火燃料三乙基铝—三乙基硼烷(teateb)与液氧接触发生剧烈反应的结果!
          好!至此长征五号B的所有10台发动机都点燃了,火箭形成推力,离开塔架 奔赴太空!





          IP属地:陕西来自Android客户端21楼2022-09-03 10:12
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            对了,还有一个细节,101工位不同于201工位,101工位火箭在彻底离开塔架后两侧的大水管才开始喷水,不同于201工位直接朝着尾焰喷水,或许是尾焰形状不用的缘故吧。



            IP属地:陕西来自Android客户端22楼2022-09-03 10:13
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              第二步:程序转弯:在起飞17秒后,火箭执行程序转弯以达到入轨目的。
              第三步:突破音速:火箭在起飞一分钟左右达到因素,这个时候我们可以清晰的看见助推器头锥上的音爆云。这个对我们的摄影师来说拍到音爆云那可帅了!


              IP属地:陕西来自Android客户端23楼2022-09-03 10:14
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                第四步:最大动压与尾迹云:火箭在突破音速后达到平流层约10—15km的高度,这时我们就会看到火箭拉了一道长长的白烟,这时平流层的低温与火箭的尾焰相遇便会形成水雾。直到离开平流层温度上升后消失。与此同时,火箭此时速度约1.5—2马赫,空气动力压力达到最大,这也就是我们看外国火箭直播时说的“maxq”。下面这张图是我2020年第一次看火箭发射时拿手机拍的,当时因为太激动了只拍了这一张照片,这是长征五号遥四执行我国第一次火星探测任务。无疑具有重大意义。


                IP属地:陕西来自Android客户端24楼2022-09-03 10:15
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                  第五步:尾焰扩散
                  过了平流层以后我们发现尾焰开始扩散了,火的颜色变了,那是因为此时气压降低,火焰膨胀,当然了,我们还是可以看见黑烟,上文有说,因为燃烧室总体还是富燃的。



                  IP属地:陕西来自Android客户端25楼2022-09-03 10:16
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                    第六步:助推器分离:在175秒左右助推器燃料耗尽,由助推器头部 尾部的爆炸螺栓把四个助推器推出去,此时高度大约75km,速度大约2.5km/s,这里就是我们平时津津乐道的“祖传卡顿”了,因为带宽的限制,传输指令要占据带宽所以要卡一下。随后一级继续燃烧三百多秒完成任务。


                    IP属地:陕西来自Android客户端26楼2022-09-03 10:17
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                      第七步:抛整流罩:此时火箭高度已高于100公里,大气已经十分稀薄,承载热力环境的整流罩可以抛掉了,早抛了大气太密不但荷载受不了还可能毁掉这次任务。晚抛了死重占据时间过长,打不到预订轨道。所以长征五号B选择在223s抛掉这个巨型整流罩。
                      (多说两句:长五系列抛整流罩还得考虑菲律宾的安全,由于长五B打的是41.5度倾角轨道整流罩直接落南海,但基本型就不是了,到达抛整流罩条件了不能让他落在菲律宾,所以基本型抛整流罩大约在285s,随着倾角的加大,像天问一号23度倾角,抛整流罩的时间延迟到了380s!这个费运力的,但由于落区,没有办法。)


                      IP属地:陕西来自Android客户端27楼2022-09-03 10:17
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                        第八步:舱箭分离!
                        在工作了八分钟之后,组合体已经到达预订轨道,达到了入轨速度,于是一级主机关机,舱箭分离!此时分离高度约为170km,轨道约为170*330km 41.5度倾角。
                        到此火箭的任务就圆满完成了!


                        IP属地:陕西来自Android客户端28楼2022-09-03 10:18
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                          其实严格来讲这个时候火箭方(一院 六院和八院)可以放炮庆祝了,但荷载方(大多数是五院,10月要发射的梦天实验舱则由八院抓总研制)还不算完,他们要严密监视航天器入轨后能不能正常工作,等天线展开 太阳帆板展开后就可以正常工作了,说明荷载也很完美!
                          最后一步:庆祝吧,兄弟们!
                          火箭和荷载均完美成功了!任务圆满成功,这才是该庆祝的时候!祖传大红屁走起!至此发射任务圆满收官!


                          IP属地:陕西来自Android客户端29楼2022-09-03 10:21
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                            六:争议问题
                            长征五号B作为这么一款重要的火箭,承担了中国空间站的建设任务,没有他就没有太空的家,但是,正因为他太耀眼了,树大招风 所以招来了很多质疑。接下来我们来澄清下最广为流传的两个问题:
                            一:火箭一级的无控再入问题
                            长五B的芯一级再入问题
                            众所周知,2020年5月5日发射的长征五号B遥一运载火箭,在一段时间后再入并且一根10余米长的液氧管路砸到了非洲某国家的村庄里,有人将图片上传至社交媒体后便引起了轩然大波。同样,类似的事件在2021年4月29日的长征五号B遥二任务中也有发生。现在我们讲一讲关于长五B一级无控再入的问题。
                            第一,长五B的无控再入,在国际上是符合相关规定,符合国际标准的。
                            国际标准化组织制定的ISO27875、ISO20893与ISO20590指出,“在证明可控再入是不可能的情况下,要使火箭位于一个能在25年内再入的轨道”,“如果运载火箭剩余推进剂不足,应将其置于在轨寿命最小化轨道,选择未来干扰低地球轨道和同步轨道可能性最低的轨道”。“末级完成任务后应进行燃料、电气排放。” 而我国的运载火箭,在长四甲之后都配备了末级的钝化系统和排放系统,进行了钝化与排放后,完全符合国际标准。所谓“违反国际法”之类均为无稽之谈。
                            需要明确:离轨并不等于再入,离轨可以指离开当前/预定轨道;而再入则代表再次进入地球大气层后坠毁。
                            第二,火箭的自身情况
                            长五B的芯一级储箱是以铝合金为主要材料制成的,即使长度30余米,但是绝大部分部件会在再入大气层时被大气阻力产生的巨大的热量所燃烧殆尽。这样一来,长征五号B的芯级部分即便落到了有人区,也能使造成的损失最小化,况且地球上其实大部分都是无人区。被砸到的概率可以说和买彩票差不多。
                            其次,上文有说,YF-77发动机全程火药点火器启动,发动机只能一次启动是长五B芯级无法执行再入的主要原因,由于不能二次启动,使得芯一级很难再次进行机动。曾经有人提出安装固体反推火箭或利用RCS再入,如果将近地点点降至大气层底部,需要大量dv以执行机动,这么多冗余通过携带更多的燃料或固体发动机无疑是对火箭运载能力的削弱。火箭设计本身就是牵一发而动全身的,而长五B本身作为中国空间站的御用火箭未来再次执行任务机会并不是很多,满打满算一共五六次,为了这一点小事而大改设计,属实是没有必要。既浪费人力和财力,又带不来多大的收益。
                            当然,欲加之罪,何患无辞。,该有人黑还是照样有人黑,毕竟人家有的靠那玩意吃饭,这种东西,人家的饭碗人家能不保护好?就算你如何辩解,如何“砸饭碗”,人家为了饭碗,会不惜一切代价,鸡蛋里头挑骨头无中生有,吃铁丝拉笊篱-编都要给你编出一堆问题。所以,这种事情,自己心里清楚是没有问题的就好,清者自清浊者自浊。
                            就一句话,中国航天不会因为一两句流言蜚语停下发展的脚步!
                            在经过两次的教训后,官方也学聪明了-载人航天办定时公布残骸所在轨道,公布预计落区和预计再入时间;使用各种办法来尽量加快再入时间和控制再入落区。尽管这样无控再入仍然会有一定危险,但是将危险控制在最低程度,符合国际标准,已经是我们能做到最大的努力了。




                            IP属地:陕西来自Android客户端30楼2022-09-03 10:22
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                              二:火箭的运力问题
                              长征五号在方案设计之初设计了6种构型分别为ABCDEF,现存两种构型长五B,长五E(也就是我们说的基本型)。长征五号官方宣传运载能力为 LEO25吨,GTO14吨。但是根据早期龙乐豪院士的论文,长征五号基本型(即长五E)拥有32吨的LEO轨道运载能力


                              IP属地:陕西来自Android客户端31楼2022-09-03 10:23
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