“问天”精准入轨，要过几道关？

7月24日14时22分，文昌航天发射场骄阳似火，长征五号B遥三运载火箭直上云霄，将中国空间站问天实验舱成功送入预定轨道。这是我国空间站建造阶段首个实验舱进入太空，也是空间站首次在有人状态下迎接航天器来访。

此次问天实验舱发射十分有看头。重约23.2吨的问天实验舱是我国迄今为止重量最大的载荷，目前近地轨道运载能力最大的长五B火箭是发射问天实验舱的最佳选择。但对长五B火箭来说，执行“零窗口”发射也是头一回，需要趟过几道关。

“零窗口”发射

文昌航天发射场和长五B火箭都是“第一次”

此次任务中，问天实验舱严格执行“零窗口”发射，这也是文昌航天发射场执行空间站建造任务以来首次实施“零窗口”发射。

发射窗口是指允许火箭发射的时间范围。一般情况下，发射窗口往往有多个时间段。“问天实验舱要与天和核心舱快速交会对接、在轨组装，对发射精度提出更高要求，要求‘零窗口’发射，即火箭发射时间和预定点火时间偏差不能超过1秒。”文昌航天发射场问天实验舱发射任务01指挥员廖国瑞介绍，“零窗口”发射的难度在于发射窗口稍纵即逝，对发射场系统和火箭系统的可靠性要求很高。

为瞄准“零窗口”顺利发射，发射场科学统筹各方力量，按计划完成了一号塔架射后恢复、例行试验、产品进场、垂直总装和技术区测试等工作，发射场气象系统针对雷电、强降水、浅层风、高空风等影响发射的重要天气因素，利用高性能计算机系统实施发射场区精细化预报，短时预报准确率达到95%以上。

问天实验舱所要求的“零窗口”发射，对长五B火箭来说也是第一次，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，只有准点发射、准确入轨，才能将问天舱准确送入与核心舱共面、共轨的转移轨道。

中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院长五B火箭总体副主任设计师刘秉说，问天实验舱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。如果等待下一个发射窗口重新组织发射，则会严重影响任务周期。

为保证准时发射，火箭型号队伍对发射前10分钟的发射流程进行了优化，将部分流程前置。距离发射2.5分钟时，火箭就已完成各项准备工作，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，却意味着宝贵的时间和机会，万一发生突发情况，可在这2.5分钟内迅速作出决策并进处置。

为了确保“零窗口”发射，据火箭院长五B火箭控制系统主任设计师苏磊介绍，长五B火箭应用了“起飞时间偏差修正技术”，最大修正时间为2分30秒。这意味着，火箭最迟可推延2分30秒发射，在0到2分30秒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，将问天实验舱精准送入预定轨道、完成交会对接。

精准入轨

“一步到位”、安全“下车”，问天实验舱安全、舒适到达预定轨道

作为中国空间站舱段“专列”，长五B火箭包揽了天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱3个舱段的发射。

长五B火箭也是目前世界在役火箭中唯一一级半直接入轨的火箭。火箭系统简洁，所有发动机的点火都在地面完成，也无需进行级间分离、高空发动机启动等动作，降低了故障发生的概率，提升了可靠性。其特有的“大推力直接入轨精度控制技术”和包裹航天器的20.5米长超大整流罩，让空间站的舱段可以安全、舒适地到达预定轨道。

“就好比一辆正在高速行驶的汽车，想踩一脚刹车就停到指定位置很难。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮形容大推力火箭精准入轨的难度。为此，火箭姿控系统和制导系统设计团队创新性地采用了“姿态控制增益优化”和“复合制导”两种方法，保证了长五B火箭入轨精度。

问天实验舱被火箭送到预定位置后，就与火箭分离，也就是“到站下车”。这个“下车”也有讲究。

火箭院产品化副主任设计师孙璟介绍说，空间站舱段具有大、高、重等特点，以往的卫星、飞船等航天器和火箭分离所采用的分离装置，无法固定住空间站舱段，可靠性也会有所降低。空间站舱段有许多器件对冲击的感受尤为敏感，分离的冲击，有可能损坏较脆的零部件。

为了让空间站舱段能够安全“下车”， 研制团队经过近10年的努力，研制了一项新的舱箭分离装置，既能“绑”得住大直径的空间站舱段，又能快速、可靠、无污染分离。同时为了尽量将分离过程中出现的冲击等不利影响降到最低，研制团队另辟蹊径，为空间站舱段设计了一款圆形“座椅”，将冲击降低了10倍左右，使问天实验舱在舱箭分离的时刻像坐在“沙发”上一样舒适，解决了冲击问题。

后续，问天实验舱和空间站天和核心舱将采用快速交会对接方式形成组合体。在这个过程中，需要舱段消耗燃料来变轨满足对接要求，也会造成运载能力的损失。为了让问天实验舱能搭载更多的推进剂、生活物资，维持空间站在轨运营，长五B团队对火箭的运载能力进一步评估、折算，扔掉箭体中的“累赘”，为火箭释放了更大的运载能力，这也意味着问天实验舱可装载更多物资。

柔性太阳翼全新“出场方式”亮相

首创“二次展开”关键技术，确保后续交会对接关键动作的绝对安全

对于航天器来说，搭载运载火箭成功进入预定轨道，太阳翼的成功在轨展开是发射任务圆满成功的重要标志。

问天实验舱配置了目前国内研制的最大面积可展收柔性太阳翼，单翼全展开状态下长达27米，面积可达134平方米。无论是展开面积还是供电能力，全新升级后的的柔性太阳翼都达到了天和核心舱太阳翼的两倍之多。同时，在全世界首创了“二次展开”的关键技术，以这种全新的“出场方式”亮相。

中国航天科技集团有限公司八院设计团队专家介绍说，这是为了确保后续交会对接关键动作的绝对安全。交会对接过程中，问天实验舱与天和核心舱这两个数十吨级的航天器，以约每秒7.9公里的高速运动，需要精准地控制它们的位置、速度、姿态才能保证可靠的对接，稍有偏差航天器就会发生碰撞。如果问天实验舱太阳电池翼完全展开，就好比两只手各持一面巨大的帆，微小的抖动，都会导致问天实验舱的速度、相对位置和飞行姿态的控制精度严重下降，控制难度指数级增加。

通过突破“二次展开”的关键技术，在问天实验舱发射后独立飞行阶段，柔性太阳电池翼展开一部分电池板以满足实验舱能量需求，并降低飞行控制难度以使交会对接又稳又准地进行。在对接完成后，太阳翼将会完成全展开，建立完整的能源系统。

科研人员形容，在柔性太阳翼整个展开过程中，伸展机构依次向外推出，带动太阳翼向外展开，像是一架被缓缓拉开的手风琴，在宇宙中奏响美妙乐章。