长征5B火箭为何总被黑？末级推力超土星五号，一步登天冠绝全球

　　天宫空间站天和核心舱自入轨以来已在预定轨道稳定运行半月有余，期间天地链路建立、大型柔性太阳翼展开、天和机械臂解锁展开，并完成了在轨测试评估。近日，空间技术研究院公开了核心舱入轨7天2时1分47秒的状态图像，从画面中可以看到天和机械臂已由核心舱小柱段转移至大柱段。
　　核心舱入轨7天2时1分47秒状态图
　　天和核心舱的成功发射赢得了海内外广泛赞誉，但与此同时将核心舱顺利送入轨道业已完成使命的长征五号B遥二火箭也成了关注焦点。
　　先来看看以大洋彼岸为代表的域外声音：
　　长征五号B遥二再入大气层相关的域外声音
　　此类言论显然是揣着明白装糊涂，火箭入轨末级将载荷送入预定轨道的同时自身也达到了入轨速度，而基于地球重力、高层大气等因素影响，其轨道会逐渐衰减，最终再入大气层。火箭末级在完成既定任务后通常不具有轨道机动能力，因此绝大部分都是无控再入。
　　猎鹰9号残骸砸出的凹坑
　　火箭入轨末级无控再入早已是国际惯例，无独有偶今年3月SpaceX公司一枚猎鹰九号火箭的入轨末级也是无控再入，部分残骸还砸在了一个农场主的草坪上。然而还是这些域外喉舌却用＂点亮夜空＂这种颇具浪漫主义气质的词汇来描述此次无控再入，双标游戏玩得一点都不尴尬。
　　猎鹰9号末级残骸＂点亮夜空＂
　　那么，为什么他们要对长征五号B遥二火箭骂骂咧咧呢？原因主要有三点：
　　第一个原因是欲加之罪何患无辞，想想西北那些无辜的棉花就能秒懂，在这里就不展开谈了。
　　第二个原因就是长征五号B火箭实在是过于特殊，实际上去年5月5日发射新一代载人飞船试验船的长征五号B遥一火箭也遇到了类似的域外杂音。
　　长征五号B遥二运载火箭垂直转运
　　长征五号B火箭采用一级半构型设计，回顾历史此种构型的代表型号还有将人类第一颗卫星斯普特尼克号送入太空的R-7运载火箭，以及能源号，其优势是火箭所有发动机均在地面起飞段点火，火箭级间分离次数少，先天可靠性高。
　　能源号火箭首飞发射极地号（入轨失败）
　　长征五号B的特殊之处不仅限于一级半构型，它还是当今世界唯一一款一级半构型大型运载火箭，同时也是人类航天有史以来第一款一级半直接入轨的大型运载火箭。
　　昔日，能源号只能将载荷送入到一条无法直接入轨的亚轨轨道，载荷需要依靠自身动力进入环绕地球运行的轨道，而除能源号以外的一级半构型均不属于大型火箭。
　　长征五号B芯一级
　　一级半直接入轨意味着长征五号B芯一级将托举22.5吨重天和核心舱从起飞到入轨打满全场，这种一步登天的技能按照国外某些定义，甚至可以定义为单级火箭。
　　长征五号B遥二芯一级打满全场
　　这主要得益于4枚3.35米直径助推器的8台YF-100高压补燃液氧煤油发动机的大推力优势，结合两台YF-77氢氧发动机，起飞总推力超千吨，助推器点火工作170余秒后分离，此时火箭已经进入高空。
　　火箭进入高空后对推力的敏感性降低，反而对比冲性能要求更高。比冲越大，单位重量推进剂产生的冲量越大，而氢氧发动机恰恰就是各类液体燃料火箭发动机中比冲最高的一种类型。
　　起飞级YF-77氢氧发动机点火
　　芯一级打满全场还意味着两台YF-77发动机要经历大气层内外两种工况，推力数值也因此发生了变化，海平面起飞时YF-77推力约50吨，而进入真空环境后推力则升级至70吨，这对于长征五号B火箭而言既是优势也是难点，优势是相较于运力而言，难点则是发动机的关机动作。
　　火箭末级发动机通常推力较小，这样便于控制末级速度，进而助力精确入轨。比如大名鼎鼎的土星五号重型火箭末级推力是102吨，能源号是不入轨的亚轨轨道，重型猎鹰末级则是95吨，与之相比长征五号B芯一级飞行末段推力则是约140吨。
　　土星五号入轨末级
　　火箭入轨末级推力越小速度调整越精细，入轨精度也更容易保证，同时小推力末级发动机还可以多次启动，那么拥有140吨末段推力的长征五号B芯一级是如何做到精确入轨的呢？
　　首先攻克了大型低温动力系统的循环预冷、零秒脱落气液连接器为代表的零窗口发射技术，确保了零窗口发射能力，在火箭飞行段全程基于卫星组合导航、摄动和迭代接力制导的复合制导方案，提高火箭飞行弹道精度。
　　长征五号B可在正负1秒时间内零窗口发射
　　出于简化火箭结构考虑长征5B没有单独设置末修动力，近140吨的末段推力在发动机关机后会在3至6秒内消失，而此时火箭与载荷并没有分离，此一阶段也被称为＂火箭关机后效控制段＂，该阶段也是火箭与载荷的高风险控制段。
　　受滚动通道机架变形、火箭结构、发动机涡轮泵停转等因素影响箭体会出现明显的角速度，同时发动机关机后推力大幅度下降进而削弱姿态控制能力，而此时受如果不能保证姿态精度，载荷会有再入大气层风险。
　　火箭关机后效控制段
　　因此芯一级引入了＂多维增益自适应调整控制技术＂，通过自适应调节控制器参数，进而在最准确的位置释放载荷，为高精度入轨打通第一道难关。
　　高精度入轨的第二道难关就是大直径大吨位舱箭分离技术，长征五号B芯一级入轨过载高达3个G，这一数值是神舟飞船的7倍有余，也是天舟货运飞船的2倍，分离冲击能量是与生俱来的大。
　　天和核心舱＂舱箭连接＂
　　同时，核心舱与芯一级接口直径超过4米，接口既要保证火箭飞行过程中与核心舱的刚性稳定连接，在船箭分离时解锁装置也要有足够的可靠性，解锁装置如果不能做到动作同步轻则核心舱受损，重则影响姿态，甚至再入大气层。
　　为此研制团队经过大量理论分析、方案设计、仿真分析与分离冲击测试，优选出了＂双隔冲框+阻尼盒＂的降冲击方案，使得分离冲击能量下降了三分之二，并应用＂颗粒阻尼技术＂，实现减振降噪。
　　天和核心舱分离
　　就像篮球运动中的投篮一样＂复合制导+多维增益自适应调整控制技术＂提供了准确的投篮位置，大直径大吨位舱箭分离技术确保投篮力度的精确控制，最终天和核心舱高精度入轨的结果就如同打出了一个超远距离的3分球。
　　基于四枚160吨级助推器的＂力大飞砖＂,将22.5吨重天和核心舱送入轨道打满全场结构重量20吨级的芯一级也达到了第一宇宙速度，它既是起飞级也是入轨级，完成既定任务后在地球重力与高空大气等因素作用下再入大气层将是它的最后归宿。
　　长征五号B遥二末级舱箭分离后拍摄画面
　　天和核心舱是人类近十余年来发射的最大吨位单体航天器，与此同时将其送入轨道的芯一级也是人类近十余年来规模最大的无控再入火箭末级。有人说人家SpaceX公司的猎鹰9号火箭都可以连续回收复用十次，你们哪怕回收一次行不行？
　　然而不论是猎鹰九号还是重型猎鹰回收的都只是起飞级，至于末级火箭的垂直回收截至目前人类还做不到。有一点可以肯定，大洋彼岸实现起飞级垂直回收复用时的火箭累计发射次数是四位数，而我们必然在三位数规模内掌握这一能力。
　　长征四号乙火箭栅格舵飞行任务测试
　　这就是发展加速度，也是老生常谈的后发优势。一提后发优势有些人一定是一脸嫌弃，然而放眼世界能玩转后发优势的工业体系除了我们之外就没有第二家。
　　长征五号B遥二再入芯级的大吨位特征也给外部世界炒作这一话题提供了素材，然而火箭末级无控再入是国际通行操作，即便是当前每年也有50次左右的再入事件。
　　外国火箭末级无控再入大气层
　　按国际标准化组织出台的相关指导意见：
　　1.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；
　　2.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；
　　3.末级完成任务后应进行燃料、电气排放。
　　长征五号B助推器装箱启运
　　第一种情况通常适用执行中高轨道任务的火箭末级，长征五号B符合第二种情况，从发射入轨至再入前后仅10天，降轨过程很快。
　　为什么可以很快降轨？因为执行了钝化操作，就是将电池余电耗尽，推进剂泄出，气瓶泄压，俗称三排，目的是消除火箭末级解体产生大量空间碎片的潜在隐患，其中推进剂泄出操作可以起到加速离轨的效果。
　　火箭末级并非类似神舟飞船返回舱那种抗烧蚀构型，其主体是铝合金结构，在两位数马赫再入速度下与大气高速摩擦会产生上千摄氏度高温，在高温烧蚀作用下大部分末级残骸烧蚀殆尽，仅残余部分零件掉落。
　　再入大气高温烧蚀
　　地球71%的表面积是海洋，因此火箭末级大多数都会坠落海洋，类似SpaceX公司猎鹰9号末级坠落农场草坪的概率也非常低，所以通常除钝化操作外不会再附加受控再入的设备能力。
　　言外之意就是长征五号B与世界其他火箭末级一样，该做到的我们都做了，不该做的就请闭嘴。
　　导致域外部分声音对长征五号B遥二任务指指点点还有一个原因就是天宫空间站，NASA的表态是典型案例，天和核心舱成功入轨时它们保持沉默没有任何表态，反而对完成任务的火箭末级骂骂咧咧。
　　天和核心舱与长征5B芯一级分离效果图
　　天宫空间站一期建成规模可达百吨级，由天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、神舟载人飞船、天舟货运飞船、巡天光学舱组成，与国际空间站一样同属大型空间站。这里的大不仅仅体现在规模上，更体现在能力上。
　　它具有完备的载人载货天地往返运输系统、全球测控系统、再生生保系统，基于高光电转换效率的三结柔性砷化镓电池翼，发供电效率反超国际空间站，这就为提升在轨科研能力打好了基础。
　　天和核心舱柔性太阳翼展开
　　天宫空间站可以容纳23个科研机柜，其中13个为整备机柜，剩余空间视任务需求在后续任务中安装，与之对比国际空间站是31个科研机柜，而后者是多国分配的科研资产，我们则是独立支配。
　　除此之外还有两部舱外机械臂，就连气闸舱都配置了3个，既有备份气闸舱，也有人员专用气闸舱，还有货物专用气闸舱，可以说是应有尽有，这还没算上规划实施的天宫二期工程，届时一旦决策实施，天宫的综合能力将彻底反超国际空间站。
　　天宫空间站科研机柜
　　如此规模如此先进的平台使我们有了独立建群的实力，天宫空间站早已拉起国际合作大旗，于2018年5月28日与联合国外空司一道举办了天宫空间站国际合作机会公告发布仪式，邀请联合国所有成员国参与空间站舱内外搭载实验等合作。
　　天宫空间站不同于当前所谓的国际空间站门户有别的运营体系，前者是我们一国独立拥有，在管理使用上少了很多掣肘因素，因此可以建立统一的技术标准、管理规范，通过评审组审核的合作科研项目由我们免费提供上行下行运输，以及空间站搭载服务，先决条件是无条件与我国共享科研成果。
　　天和核心舱
　　如此一来天宫空间站就可以实现＂人尽其才，物尽其用。＂,一切工作聚焦科研，而不是像国际空间站那样相互掣肘与重复建设。
　　经过为期一年的筛选，首批来自17个国家的9个项目从42个项目中脱颖而出，涉及空间天文学、微重力流体物理与燃烧科学、地球科学、应用新技术、空间生命科学与生物技术等领域。具体如下：
　　第一批入选天宫空间站国际合作清单
　　天宫空间站预期服役寿命可达二十年，甚至更久。而首批合作项目仅仅是一个开始，后续类似合作将会越来越多，而我们也将借此收获更多的科研成果助力产业升级，加速经济转型建设。
　　令人意外的是，在首批42个项目申请中也有来自大洋彼岸的项目，结合NASA指责长征五号B遥二末级再入的言论，用一句话来形容就是＂嘴上歇斯底里地说不要，行动起来却很诚实＂。
　　长征五号B起飞重量837.5吨
　　虽然天宫是人类首个面向联合国所有成员国开放的载人空间站，但是呢，受理合作项目审核的评审组组长是我们的人，由于大洋彼岸的申请项目没有达到我们的标准和要求所以被淘汰了下来。
　　是的，我们没有排斥任何国家
　　长征五号B运载火箭与天宫空间站不会因为一些杂音而有丝毫动摇，明年该型火箭还将实施两连射任务，分别将问天实验舱与梦天实验舱打上天与天和核心舱对接，进而完成天宫空间站的一期在轨建造任务，到2024年它还将承担巡天光学舱发射任务。
　　巡天光学舱
　　除此之外，未来长征五号B还可以承担大型光学遥感卫星、巨型互联网星座组网等发射任务，与远征上面级组合还可以发射1000公里左右高度的太阳同步轨道大吨位航天器。
　　正所谓，小小寰球，有几个苍蝇碰壁。嗡嗡叫，几声凄厉，几声抽泣。蚂蚁缘槐夸大国，蚍蜉撼树谈何易。正西风落叶下长安，飞鸣镝。