长征五号B运载火箭在中国文昌航天发射场首飞成功，揭开了我国载人航天空间站建设的大幕。长征五号B火箭，是我国首个一级半构型火箭。那么，什么是火箭构型？长五B火箭一级半构型具体强在哪？

说长五B一级半构型之前，我们先来了解一下火箭的构型是怎么回事。一般来说，火箭分单级火箭和多级火箭两类，其中多级火箭又分串联式、并联式、混合式三种联结方式。

所谓单级火箭，顾名思义，也就是只靠一级发动机点火就直接将载荷送到预定位置，一步到位，目前我国长征火箭中还没有纯粹意义上的一级火箭。本次首飞成功的长征五号B火箭，在一级上捆绑了四个助推器，我们一般把助推器算作半级，所以，长五B火箭算“一级半”火箭。

目前采用较多的是多级火箭。比如，我国发射载人飞船的长征二号F运载火箭和发射空间站货运飞船的长征七号火箭都是二级半构型火箭。多级火箭最大的特点是，火箭点火后，最下面一级的燃料开始燃烧，燃料燃烧完后，发动机关机，发动机和储存燃料的箱体就会从箭体上分离，从而使火箭“轻装前行”。其实，这里有一个物理学基本原理，我们知道，推力一定的时候，物体的质量越小，所获得的加速度就越大，这和“包袱轻了跑得快”差不多一个意思。所以，我国的火箭多采用多级形式，很大一部分原因就是多级火箭能获得良好的加速性能。

但是，火箭级数也不是越多越好，级数多了，控制起来就会更复杂，这和“前后轮双驱”汽车比“单驱”汽车控制复杂是一个道理。所以，多级火箭一般不超过四级，我国现役火箭，级数最多的是长征十一号固体运载火箭，有四级。

多级火箭的联结方式一般有串联、并联、混合式三种方式。所谓串联，就是多级火箭好像竹竿一样串在一起，串联火箭空气阻力往往会较小。所谓并联，就是多级火箭并排捆绑在一起，这在助推器中较为常见。而混合式则是既有串联、又有并联，比如长征五号火箭就是采用四个助推器和一子级并联捆绑，一子级又和二子级串联的方式。

实际上，真正设计一款火箭的构型的时候，需要考虑的因素是非常多的，对火箭的运载能力、结构强度、材料选择、速度控制等都需要极为精确的计算和试验。

 

从上面的介绍大家已经知道，我国现役火箭都是多级火箭，多级火箭往往先通过下面级火箭点火加速，再通过上面级的火箭调节入轨的姿态和入轨精度。这就好比长跑一样，不同级次的火箭分别承担“起跑、加速跑、冲刺跑、撞线跑”的“接力“过程。而长五Ｂ火箭则只用一级半火箭直接入轨，从点火到入轨一气呵成，是我国现役运载火箭中唯一一款一级半直接入轨的火箭，丰富和完善了新一代运载火箭的型谱。

其次，从系统可靠性来说，级数少、无级间分离、系统简单、可靠性自然就高。举个例子，自行车结构简单，磕磕碰碰也没事，跌到了爬起来继续走，而航空飞机系统复杂，任何一个位置稍有磕碰就有可能产生极大危险。级间分离是火箭飞行中动作最复杂、也是最容易出现问题的环节之一。火箭级间分离时，下级发动机关机，级间分离火工品工作使两级分开，同时，为避免分开的两级发生“追尾”和“碰撞”，就需要侧推小火箭或反推小火箭点火，使分离开的两级隔开一段安全距离后，上级发动机再点火，上级火箭继续加速飞行。这个过程的控制非常复杂，级数越少，分离次数就越少，发生故障的概率就越低，长五B火箭一级半直接入轨，减少了分离次数，对可靠性是一个提升。

当然要实现一级半直接入轨可不容易，至少有两个“拦路虎”需要降服。一个是“上得去”，也就是推力要足够大；另一个是“打得准”，也就是入轨要精准。

 

有的人可能已经想到了，火箭级数少了，原来几个人的“接力跑”，现在变成一个人了，怎样保障火箭的运载能力不降低呢？

其实，用于发射空间站舱段的长五B火箭，非但运载能力不减，而且还是我国现役火箭中底轨运载能力最大的火箭，因为空间站舱段重量和体积都比一般的卫星大得多。这里面的原因，主要是充分发挥了充分发掘了液氧煤油发动机大推力、氢氧发动机高比冲的优势，这两款发动机都是我国为新一代运载火箭最新研制的。

4个助推器配置的共8台YF-100液氧煤油发动机，地面推力达9600KN，如此强劲的推力，让火箭点火后就能获得较大的加速度。而一级火箭配置的2台YF-77氢氧发动机，因其比冲高的特点，使火箭能够以较少的燃料获得较大的推力。所谓比冲，就是发动机在一定时间内燃烧一定量的燃料所产生的推力，这可以形象的理解为，我们燃放鞭炮时，火药燃烧瞬间产生推力，液氢和液氧，便是目前我们掌握的比冲较高的推进剂之一。所以长五B火箭的大运载能力，得益于充分挖掘了两款新型发动机的工作潜力。

 

另一只“拦路虎”是，一级半火箭没有了上面级火箭进行姿态调节，怎么保证入轨精度呢？这就好比篮球比赛，原来多级火箭的时候，可以几个队友接力配合，把球传到篮板下面后，再垫起脚轻轻松松进球，但是现在只有一级火箭了，没有接力配合，只能一鼓作气投3分球了。长五B如何保证每个球都“一投就进”呢？

 为了解决这个问题，长征五号B火箭突破了2项关键技术。

首先就是大推力直接入轨技术。这项技术能够在火箭点火之后，依靠更先进的制导技术，不断调整火箭弹道，直奔目标而去。还用刚才的“投篮”打比方，就好比篮球投出去之后，自己能按照篮筐位置、球场风速、气流和温度等的变化，不断修正自己的前进轨迹，直奔篮筐而去。其实，这在原理上有点像汽车的自动驾驶技术，只是，长五B这辆“汽车”，重达数百吨、时速不可估量，要做到“自动驾驶”可不容易。长五B火箭创新运用姿态控制增益优化和复合制导方法，从而提高了火箭姿态控制精度。

其次就是大直径舱箭分离技术。当长五B火箭把空间站舱段送到预定位置后，舱段就需要与火箭分离，也就是“到站下车”的意思，要让十数吨重的空间站舱段安全“下车”绝非易事，就好比在两辆高速行驶的高铁上，传递婴儿一样，既要确保安全分离、顺利交接，又要将过程中出现的冲击环境降到最低，以免“磕碰”到婴儿。要知道，空间站舱段和长五B火箭的连接接口直径超过4米，任何一个地方稍稍“较点劲”都有可能“撞出内伤”。为此，研制团队围绕降低和改善冲击环境开展了专题攻关，采用了“双隔冲框＋阻尼盒”的降冲击方案，并应用“颗粒阻尼技术”，实现减振降噪的效果。

长征五号B火箭是专门为载人航天工程空间站建设而研制的一型新型运载火箭。火箭的首飞成功，标志着空间站工程建设进入了实质阶段。后续，长五Ｂ火箭将担当起发射空间站核心舱和实验舱的重任，助力我国载人航天工程空间站建设，为中国航天搭建更大舞台。（贾智云）