更輕、更強！“上海力量”托舉長征五號B火箭飛天

今晚，長征五號B運載火箭首飛成功，把近22噸重的新一代載人飛船試驗船送入太空，標(biāo)志著我國載人航天“第三步”——建造空間站，拉開序幕。

中國航天科技集團上海航天技術(shù)研究院承擔(dān)了長征五號B四個助推器以及外部安全系統(tǒng)、芯級配套電池等研制工作，提供90%的起飛推力。同時承擔(dān)了新一代載人飛船試驗船能源管理系統(tǒng)、太陽帆板、信息管理功能測控子系統(tǒng)等研制任務(wù)。

練出“完美身姿”，減重700多公斤護送“大塊頭乘客”

值得一提的是，與之前的三發(fā)長征五號運載火箭相比，長征五號B火箭的四個助推器共減重700多公斤。其中，每個頭錐結(jié)構(gòu)減重約12%、近150公斤。據(jù)中國航天科技集團上海航天技術(shù)研究院長征五號B運載火箭助推結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計師林連鑌介紹，由于長征五號系列火箭采用了前捆綁點主傳力的結(jié)構(gòu)，在助推器頭錐的前捆綁點處，受到高達300多噸的偏置集中力。因此，要在斜頭錐里運用增強強度的承力結(jié)構(gòu)，重量占到整個頭錐的60%以上。經(jīng)設(shè)計師團隊分析，此處減重空間最大。

上海航天技術(shù)研究院長征五號助推研制團隊展開攻堅，將原頭錐捆綁點下方“多層放射筋壁板+主承力桁條”的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化為“主承力桁條+主承力厚板”的新型結(jié)構(gòu)形式，不僅結(jié)構(gòu)更連續(xù)、承載效率更高，還能實現(xiàn)頭錐結(jié)構(gòu)減重，一舉多得。

同時，設(shè)計師還從內(nèi)部挖潛。據(jù)長征五號B運載火箭助推動力系統(tǒng)副主任設(shè)計師李會萍介紹道，根據(jù)前幾發(fā)長五的飛行實際，煤油箱的增壓氣瓶余量較大。經(jīng)過討論和分析驗證，最終，長征五號B每個助推器中都減少1個氣瓶，至少減重23公斤；取消后處理管路之后，每個助推至少減重16公斤。由此，四個助推器各減重約189公斤。

減重成功后，四個助推器，每個身高27.7米、凈重14.3噸、腰圍3.35米，為長五B全箭提供主支撐作用。當(dāng)火箭站立時，通過前后捆綁點把自身重量分攤到四個助推器上。每個助推底部都有3條腿，即所謂的支撐點；起飛階段，助推器為全箭提供90%以上的起飛推力。

最高效太陽電池，實現(xiàn)“塔尖”上的再騰越

能源管理功能是飛船五大功能之一。中國航天科技集團上海航天技術(shù)研究院811所承擔(dān)了本次能源管理功能的抓總研制工作，針對新一代載人飛船實驗船的特殊性，實現(xiàn)了多個突破，完成了能源管理系統(tǒng)從神舟飛船到新一代載人飛船的“進化”過程。

新一代載人飛船實驗船能源管理系統(tǒng)主任設(shè)計師鐘丹華介紹，作為國內(nèi)唯一既有主電源，又有輔助電源的電源系統(tǒng)，新一代載人飛船實驗船能源管理系統(tǒng)可以在主電源完全故障的情況下，由輔助電源獨立完成任務(wù)，可以說是上了雙保險。

此外，在新一代載人飛船試驗船太陽電池翼上，首次搭載應(yīng)用了811所研制的光電轉(zhuǎn)換效率為34%的高效砷化鎵太陽電池，這也是目前國際空間最高光電轉(zhuǎn)換效率太陽電池。

太陽電池翼是航天器賴以持續(xù)飛翔的翅膀，是航天器的動力來源，其性能與可靠性直接關(guān)系著航天器是否能順利完成預(yù)定任務(wù)。鐘丹華介紹，中國的載人登月工程中，新一代載人飛船、載人月面著陸與上升飛行器任務(wù)中，高效、高比功率的太陽電池技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)與必要需求。34%光電轉(zhuǎn)換效率電池，將有效提升中國太空與深空飛行器的發(fā)電能力，支撐中國航天電源系統(tǒng)的更新?lián)Q代。

據(jù)介紹，國際上空間應(yīng)用的太陽電池翼主電源主要為光電轉(zhuǎn)換效率30%的太陽電池。此前，世界上空間型號應(yīng)用的最高效率太陽電池電路產(chǎn)品光電轉(zhuǎn)換效率為32%。

從30%到32%再到34%，看似只有2%的轉(zhuǎn)換效率提升，卻可以說是該技術(shù)體系“塔尖上的再騰躍”。為此，研制人員開展了系列技術(shù)攻關(guān)，如采用新型覆蓋短波、中波太陽光的寬/中帶隙半導(dǎo)體材料，進一步降低載流子熱損、提高太陽光譜的能量利用率，攻克和解決失配材料生長的技術(shù)難點，寬光譜低反射率調(diào)配技術(shù)等，填補了國際相關(guān)產(chǎn)品的領(lǐng)域空白，達到國際領(lǐng)先水平。

作者：史博臻 張昱欣 范文超 繆新培

圖：吳敬博

編輯：何易

責(zé)任編輯：邵珍

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