长五系火箭分两路走！力气大的攻载人空间站 耐力长的主打卫星、探测器
▲「长征五号B」火箭升空。（图／翻摄自微博／中国航天科技集团）
大陆「长征五号B」运载火箭5月5日成功首飞，将近22吨重的新一代载人飞船试验船送入太空。这也是亚洲火箭首次发射20吨以上的航天器，许多人都好奇，「长征五号B」与外号「胖五」的「长征五号」到底有何差异？是如何将沈重的飞船送上太空？
《人民网》报导，「长征五号B」是以「长征五号」为基础改良而成，两者属于同一系列的火箭，但却有着不同的使命，「长五」主打高轨卫星、探测器，「长五B」专攻近地载人空间站。
▼「长征五号」火箭点火发射。（图／翻摄央视直播）
从外观上看，「长五B」高度近54公尺，相当于18层楼高，近850吨重，芯级直径都是5公尺，矮了约3公尺，「体重」轻了约20吨，这主要是因为长五B火箭少了一个芯二级和一个级间段，只有一个芯级，也就是「腰」往上少了一部分。
长五B火箭也有4个直径3.35公尺的助推器（又称为「半级」），因此，长五B火箭是大陆首型「一级半」火箭。不过，长五B火箭整流罩比长五火箭更大，高度超过20公尺，连10公尺长、4公尺粗的空间站核心舱都能装进去，「多一级的长五擅于跑长途，『乘客』目的地包括3万6千公里的地球同步轨道、38万公里外的月球，以及最近距离也要数千万公里的火星。」
即便少了一级，长五B火箭在专门向近地轨道送货的长征火箭中，力气仍然是最大的，一次能送超过22吨的东西，相当于10多辆小轿车的重量。它专注于地球附近约200至400公里的轨道，这里是大陆空间站建设的主战场，后续空间站核心舱等主要舱段都要由长五B火箭送上天。
▼「长征五号B」运载火箭。（图／翻摄自微博／中国航天科技集团）
长五B火箭只用「一级半」就能把重磅航天器送上天，得益于采用氢氧推进剂的芯一级和采用液氧煤油推进剂的助推器的合理搭配，而芯一级的两台大推力氢氧发动机，又直接影响着航天器的最终入轨。
氢氧发动机的比冲（用于衡量发动机性能，可以理解为汽车的「百公里油耗」）傲视群雄，但其研制难度也极高。长五B火箭所承担任务的特殊性，对芯一级的大推力氢氧发动机提出了更高的要求。
载人空间站工程的交会对接等任务，好比在数百公里高的太空「穿针引线」，时间有丝毫误差，都有可能失之交臂，导致耗费更大的代价调整轨道。这要求运载火箭必须严格按照精准的时间发射，达到「分秒不差」，也就是所谓的「零窗口」发射。
▼「长征五号」运载火箭。（图／翻摄自中国运载火箭技术研究院官网）
长五B火箭芯级使用的氢氧发动机，必须确保预冷等发射前工作环环相扣、步步流畅，不耽误发射窗口。
同时，长五B火箭比长五火箭更轻，但起飞推力与长五火箭相同。用同样的劲向上提更轻的东西，加速度自然更快。而在助推器分离后，火箭加速度又瞬间达到最低。
航天科技集团六院长五火箭副总设计师王维彬表示，发动机的入口面对过山车一样大起大落的压力，给发动机的稳定、可靠工作带来巨大挑战，「就像深海鱼突然跳到喜马拉雅山上，巨大的压力变化会使鱼瞬间爆裂。」为了应对这些挑战，氢氧发动机研制队伍通过大量的研究改进与试验验证，将这些难点逐一攻克，进一步提高了发动机工作的可靠性与稳定性。
除了零窗口和过山车一样的压力，一级精准入轨也是一个巨大的挑战。以往末级火箭的推力都很小，再辅以推力更小的姿态控制发动机，更容易在航天器入轨前对位置与姿态进行微调，从而确保精确入轨。
而这次，两台大推力氢氧发动机直接送载荷入轨，就像用大刀做「微雕」，力道极难掌握。此外，大推力氢氧发动机关机后，还有「后效」，类似燃气灶闭火后的「余火」，这同样会对航天器入轨精度造成影响。
为了解决大推力精准入轨的问题，一方面，发动机研制队伍要确保发动机燃烧稳定，并尽可能给出「后效」的预测值。更重要的，则是控制系统必须把所有可能的误差考虑进去。
航天科技集团一院长五火箭副总设计师李学锋介绍，早在长五系列火箭研制之初，控制系统研制队伍就已统筹考虑长五和长五B的任务特点，「长五和长五B控制系统的硬体是通用的，已实现产品化，软体也无需大改，即能适应长五B飞行任务。」
▼「长征五号」。（图／翻摄微博）
李学锋说，针对发动机后效等不确定因素，他们用随机「打靶」的方法，模拟出上万种情况，以验证控制系统设计的可靠性。「打靶」实验证明，即便预测的「后效」与实际情况有所出入，控制系统也能确保火箭精确入轨。
与此同时，在火箭总体弹道设计上也要充分考虑发动机「后效」的影响，基于发动机校准试车的实际数据进行计算，进一步优化设计方案。
对于多级火箭，芯一级、助推器减重对提高运载能力的影响并不明显，但对于「一级半」入轨的长五B来说，芯一级减重多少，运载能力几乎就可以提高多少；助推器减重与运载能力提高的比例也高达1.25:1。因此，减重对于长五B的收益是相当可观的。
长五B火箭的芯一级尾段位于火箭箭体的最后部位，不仅是发动机舱，而且在整个火箭竖立在发射台上时起到支撑作用。以前，长五尾段采用的是组合梁结合分瓣玻璃钢底板的结构方案。这次，航天科技集团一院703所把大直径大厚度碳纤维复合材料「三加二」蜂窝夹层结构整体成型技术用在了一级尾段的壁板和防热板结构成型中，通过采用轻质化碳纤维复合材料结合铝蜂窝夹层结构方案替代原方案，实现减重约400公斤。
▼「长征五号」点火。（图／翻摄央视直播）
助推器的减重也很有特色。航天科技集团八院长五系列项目办主任张修科介绍，以前长五的4个助推器就像是4位壮汉，分别用「单肩」扛着芯级，这对「肩膀」的结构提出了非常高的要求。在长五B火箭的研制过程中，团队创新采用杠杆等原理，在捆绑点上、助推器头锥中插上了4根「扁担」，变「单肩」扛为「双肩」挑，分散了受力，再辅以先进的结构计算方式，综合改进头锥的结构，实现了可观的减重。助推器头锥、气瓶等方面的改进，实现了减重600公斤。而长五B火箭的许多减重措施，也将应用在长五火箭上。
无论是火箭减重还是增加更大的整流罩，都需要通过严格的地面试验来验证。航天科技集团一院长五火箭副总设计师朱曦全说，在地面试验方面，长五火箭团队综合利用现有条件，创新方法开展试验，尽可能在地面发现疑点并改进，确保火箭飞天万无一失。