“胖五”再度出征，“问天”顺利入轨。

7月24日，由明升中国航天科技集团有限公司所属明升中国运载火箭技术研究院（简称：“火箭院”）抓总研制的长征五号B遥三火箭拔地而起，成功将问天实验舱发射至预定轨道。

问天实验舱是我国空间站建造阶段首个实验舱，也是我国迄今为止发射的最重载荷。此次任务是今年完成空间站在轨建造承上启下的关键之战，其发射成功意义重大。

首次执行零窗口发射任务

作为我国目前近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭，长征五号B运载火箭（以下简称“长五B火箭”）拥有长达20.5米的国内最大整流罩，近地轨道运载能力达到25吨级，问天实验舱是我国迄今为止重量最大的载荷，重量约为23.2吨，长五B火箭是发射问天实验舱的最佳选择。

在过去近两年 ，包括此次发射在内，长五B火箭表现不俗，取得了三战三捷的成绩：2020年5月5日首飞成功，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太空；2021年4月29日，长五B火箭成功发射天和核心舱，空间站建造的开局之战圆满成功。此次发射成功后，长五B火箭还将在10月发射梦天实验舱，之后三舱形成“T”字基本构型，完成明升中国空间站在轨建造。

此次发射问天舱，是我国大型低温火箭第一次执行交会对接任务，对火箭的运载能力、入轨精度和发射可靠性都提出了更高要求。本次任务中，长五B火箭实施零窗口发射，这也是长五系列火箭首次执行零窗口发射任务。

火箭院长五B火箭总体副主任设计师刘秉介绍：“问天实验舱需要与空间站天和核心舱进行快速交会对接，因此，必须在规定时间分秒不差地发射，否则将无法到达指定位置，需要耗费巨大代价调整轨道；甚至导致发射终止，那就需要等待下一个发射窗口重新组织发射，严重影响任务周期。”

为保证准时发射，型号队伍对射前负10分钟的发射流程进行了优化，将部分流程前置。其实，距离发射2.5分钟时，火箭就已完成发射前各项准备工作，具备了点火发射能力，随时可发射。虽然只有短短的2.5分钟，但对型号队伍来说却意味着宝贵的时间和机会，射前万一发生突发情况，型号队伍可在这2.5分钟内迅速作出决策、进行处置。

准时点火只是开始，精准入轨才是成功。刘秉介绍，长五B火箭还应用了起飞时间偏差修正技术，最大修正时间为2.5分钟。“通俗理解，火箭最迟可推延2.5分钟发射，在0到2.5分钟这个时间段内的任一时间点发射，火箭都可以在飞行过程中自动修正因推迟发射导致的飞行偏差，将实验舱精准送入预定轨道。”

长五B是低温火箭，面临着低温推进剂加注问题和复杂的发射射前流程，实施零窗口发射相比常温火箭难度大得多。

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流程上。“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，对全箭射前流程环节、可优化内容及发射窗口整体前移的有关影响开展专题确认。

“冰箭”如何“穿越火线”

大家知道，长五B火箭采用液氢液氧作为推进剂，有“冰箭”之称，在800多吨的身体里，90%是零下252摄氏度的液氢和零下183摄氏度的液氧，接近低温极限。而现在正值大暑时节，又在低纬高温之地发射，那么，“冰箭”如何穿越“火线”呢？

海南文昌发射场气候潮湿，在最热时刻发射，低温推进剂加注后，箭体表面的温度低，就会出现结露现象，箭体表面的冷凝水顺着箭体流下，这对箭体结构的防水提出了较大挑战。为此，周身冰冷的它在完成加注后要防止贮箱内部温度过高，因此采用隔热材料和工艺，在外层均设置了绝热层，就像披上了一身“隔热汗衫”，保持箭体内外温差较大的情况下维持低温环境。不但能够有效减小贮箱内部温度升高，同时可以有效缓解箭体外部冷凝水的产生。

火箭院结构系统指挥王乾解释了“隔热汗衫”的工作原理：“一方面，团队通过在整流罩内部设计排水罩和倒水孔，将舱内可能产生的水往外疏导；另一方面，在箭体的关键设备、电缆均采取防水措施，同时箭体部段间的对接面同样利用涂胶等手段进行封堵，防止外部水汽进入箭体内部。”

在执行发射任务前，约20层楼高、几百吨重的“冰箭”要从总装厂房被转移到发射塔架，整个过程需要两三个小时才能完成。为了避免“冰箭”被“热化了”，设计人员为这个“巨无霸”设置了全程冷链运输。

“大暑迎发射，又是在中午，如果不能保障全程冷链运输，金属一旦热胀冷缩就会影响煤油贮箱的容量。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮说。

所谓全程冷链运输，也就是在星罩组合体转运和火箭转运至发射区过程中，均有空调向罩内输送常温干燥空气，保障问天实验舱的舒适度。其中，星罩组合体转运主要使用的是转运车搭载的吹风设备，火箭转运发射区过程中主要使用活动发射平台上的空调。等火箭到达发射区后，整流罩部分通过空调口进行空调送风，各壳段通过舱口进行空调送风。

为了给“冰箭”和“乘客”（问天实验舱）最合适的温度，团队特意为它订制了Plus版空调房，也就是始终保持常温干燥空调送风的超大整流罩。

“我们根据问天舱外形包络情况，重点开展了罩内许用空间安全分析，”王乾说，“同时，为保证问天舱的对接安装，我们也在整流罩、载荷支架、仪器舱的多余物清洁方面做了很多工作。确保在火箭飞行和分离动作过程中，不产生多余物。”

“乘客是第一位的，除了大空间，我们还要尽量保障它的温湿度条件。”娄路亮说。“冰墩墩”的整流罩上共设置了两路送风接口，送风空调能够满足超大空间送风要求，从而保障问天舱始终处于舒适的环境。整流罩的头锥部段选用了冯卡门锥曲线，头锥高度达到5米以上，能够大大降低火箭在大气飞行中的气动加热，保障整流罩内外温差较小。同时，设计人员在整流罩外侧粘接具备优良的隔热效果的软木，能有效减小因气动加热引起的罩内温度升高，避免问天舱在穿越大气层时遭受炙烤。

打造更可靠更高效的“胖五”

海南高温、高湿、高盐雾，同时伴随丰富的降水，对发射场地面设备造成严重的腐蚀，而长五B火箭发射的地面设备在2014年通过验收，2015年安装交付使用，按照8年的设计寿命，已临近设备的寿命末期，地面设备面临着质量问题发生率上升的风险。

“为消除该风险，长五B团队对地面设备进行了全面的检修、维护、更换和完善工作。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮告诉记者，“一方面，团队对所有装机元器件进行寿命评估，对易损件、短寿件采用替换新器件方案，直接消除风险。另一方面，对有标校期和精度要求的设备、以及更换存在难度及风险的设备进行防护维修。”

同时，为从原始设计中查找隐患，从源头组织推动解决问题，长五B团队聚焦长征五号系列火箭飞行试验历史数据和射前测试数据，对已飞行的七发历史数据进行再分析，在此基础上形成了地面设备精准维修方案。据了解，研制团队在此次发射任务前共计完成整机或部件更换201台/套，占全部设备的30%。

安全、精准地将问天实验舱送到目的地是型号队伍的首要任务。为不断提高火箭可靠性，型号队伍在生产工艺等方面进行了30余项改进。

随着发射次数增多，型号队伍对火箭技术状态的认识也更加全面。目前，长五B火箭在发射场的发射准备时间约为60天，本次任务进一步优化了测试流程，在火箭模块转运、状态恢复、吊装前准备等环节，将串行工作模式改为并行。现在，53天就可完成发射准备工作，比以往缩短了7天。刘秉说，这种改进增强了火箭发射使用的便利性，有效应对了“十四五”期间的高密度发射任务。

据了解，长五B火箭将在明年承担我国第一个大型空间巡天望远镜发射任务，届时与空间站共轨飞行，开展更多的深空探测和前沿app研究。