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長征五號B運載火箭

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  此條目介紹的是長征五號系列火箭的一種衍生構型。關於其所屬的火箭系列，請見「長征五號系列火箭」。關於該系列火箭的基礎子型號，請見「長征五號運載火箭」。
長征五號B運載火箭
2021年長征五號B發射天和核心艙場面
用途大型運載火箭
製造者中國航天科技集團公司（CASC）
製造國家 中華人民共和國
外型及質量參數
高度53.66公尺
直徑5公尺
質量838.3噸（包括載荷）
節數1.5級
酬載量
至LEO酬載
質量25,000公斤（55,000磅） [註 1]
相關火箭
本系列長征五號系列運載火箭
發射歷史
現況現役
發射場文昌太空發射場一號發射工位
19°36′53″N 110°57′04″E / 19.614691°N 110.951004°E / 19.614691; 110.951004
總發射次數4
成功次數4
首次發射2020年5月5日
著名載荷新一代載人飛船
天和核心艙
問天實驗艙
夢天實驗艙
輔助火箭
輔助火箭數4枚
高度27.6公尺（91英尺）[1]
直徑3.35公尺（11.0英尺）
總重156,600公斤（345,200磅）
燃料重量142,800公斤（314,800磅）
引擎2×YF-100引擎
單引擎推力2×1199.19千牛（海平面）
2×1339.48千牛（真空）
比衝量2942公尺/秒（海平面）
3286.2公尺/秒（真空）
推進時間173秒
燃料液氧/煤油
第一級
高度33.16公尺（108.8英尺）
直徑5公尺（16英尺）
總重186,900公斤（412,000磅）
燃料重量165,300公斤（364,400磅）
引擎2×YF-77引擎
單引擎推力2×518千牛（海平面）
2×700千牛（真空）
比衝量3106 公尺/秒（海平面）
4197公尺/秒（真空）
推進時間477秒
燃料液氧/液氫

長征五號B運載火箭，也被稱為長征五號乙運載火箭（簡稱：長五B或長五乙，縮寫：CZ-5B或LM-5B），屬於長征五號系列火箭，是中國航天科技集團公司在長征五號運載火箭的基礎上，按照通用化、系列化、組合化思想設計，通過移去芯二級和級間段並延長整流罩等發展而來的一款大型運載火箭，也是中國首個一級半構型的大型運載火箭，是目前中國近地軌道運載能力最大的火箭。

長征五號B運載火箭專門為中國載人航天工程中國空間站研製[2]；為容納太空站艙段，其整流罩長度達20.5公尺，直徑5.2公尺。

設計

長征五號B運載火箭渲染圖
長征五號B運載火箭渲染圖

相比於長征五號，長征五號B運載火箭一級尾段壁板和防熱板結構成型工藝中，航太一院703所用大直徑大厚度碳纖維複合材料蜂窩夾層結構整體成型取代了原本採用的組合梁結合分瓣玻璃鋼底板方案，減重約400公斤[3]。輔助火箭方面，航太八院通過將原頭錐捆綁點下方的多層串聯結構優化為並聯共承力結構，並通過減少氣瓶等，共減重約700公斤[4]。

其所屬的長征五號系列不但是中國最大最先進且環保的火箭之一，更是亞洲製造商首次推出此規格的運載火箭（此前亞洲的大型火箭為日本三菱重工集團的產品H-IIB型）[5]。儘管其LEO單位發射報價（$5000每公斤）[6]近乎獵鷹9號（$2600每公斤）[7]的兩倍，仍有觀點認為未來長五的經濟性讓中國公司在市場上也可以與世界一流業者如SpaceX等對手競爭全球訂單[來源請求]。

歷史

2020年5月5日長征五號B火箭首飛

長征五號B運載火箭於2012年開始按中國運載火箭研製流程和中國載人航天工程要求立項研製。作為載人太空飛行工程「第二步」的組成部分，天宮三號曾計畫於2015年使用長征五號B發射，後本次任務隨天宮三號一同取消。

2018年11月，長征五號B通過初樣轉試樣研製階段評審，進入試樣研製階段。長征五號B遙一運載火箭於2019年4月完成第一個部段級產品，7月開始總裝，11月總裝完成[8]。2020年1月19日，遙一箭通過出廠評審。2020年5月5日18時00分，長征五號B搭載中國新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙，從文昌太空發射場點火升空，首飛取得成功[9]。長五B首飛成功後，該型號火箭被用於發射中國空間站的各個艙段：2021年4月底發射的天和核心艙、2022年7月底發射的問天實驗艙、2022年10月底發射的夢天實驗艙。2024年將應用遠征二號上層級首次發射、預計將於2025年發射的巡天太空望遠鏡。

發射記錄

主條目：中國運載火箭發射列表

已發射

飛行次序 火箭序號 起飛時間（UTC+8） 發射工位 酬載 衛星入軌軌道 發射結果 備註
1 遙一 2020年5月5日
18時00分27.092秒 		文昌太空發射場一號工位 新一代載人飛船試驗船
柔性充氣式貨物返回艙試驗艙 		近地軌道[10][11] 成功[9] 其搭載的新一代載人飛船試驗船在船箭分離後自主提升至大橢圓軌道。載人飛船掛載的柔性充氣式貨物返回艙試驗艙在返回過程中出現異常。[12]載人飛船返回艙於5月8日13時49分在東風著陸場安全著陸。[13]
任務代號：921-CZ5B/Y1
2 遙二 2021年4月29日
11時23分15秒613毫秒 		文昌太空發射場一號工位 天和核心艙 近地軌道 成功 天和核心艙與火箭成功分離，進入預定軌道，之後太陽能帆板兩翼順利展開且工作正常，發射任務取得圓滿成功[14][15]
3 遙三 2022年7月24日
14時22分32秒057毫秒 		文昌太空發射場一號工位 問天實驗艙 近地軌道 成功 發射重量23.2噸，刷新中國航天發射載荷重量紀錄[16]
4 遙四 2022年10月31日
15時37分23秒191毫秒 		文昌太空發射場一號工位 夢天實驗艙 近地軌道 成功 [17]
成功率：100%

計劃中

飛行次序 火箭序號 上面級 預計起飛時間（UTC+8） 發射工位 酬載 衛星軌道
1 遙五 遠征二號（遙2） 2024年 文昌太空發射場一號工位 地球同步轉移軌道
2 遙 2026年 文昌太空發射場一號工位 巡天太空望遠鏡 近地軌道

殘骸處理

參見：再入大氣層的空間殘骸列表（英語：List of reentering space debris）

由於長征五號B採用一級半構型，每次發射，芯一級都將和載荷一起入軌[18]。長五火箭芯一級殼體採用鋁合金材質製造，很容易在高速穿越大氣層的過程中完全焚毀，僅有極少數的耐熱部件有可能抵達地面（如引擎、低溫燃料管線）[19]，但是長五B芯級20噸級的大質量的無控再入在航太史上非常少見[註 2]，加上高層大氣的環境的諸多不確定性，導致再入點難以準確預報，每一次長五B完成發射後仍然會引發一些西方國家的媒體以及航太機構的擔憂和批評。[20][21]長征五號B運載火箭的第一級殘骸被認爲是有史以來第四重的無控殘骸。[22][23][24]

事實上，從該型號遙二火箭開始，中國載人航天辦公室在芯級再入前數小時公布火箭末級的軌道數據，預計的再入時間，以及預計再入區域中心點的經緯度。[25]火箭工程師陳亮與陳曙光指，區別於高軌道火箭可以多次點火完成受控再入，長征5號B屬於近地軌道火箭，星箭分離後會進入「鈍化」流程，即卸載推進級內的電能、推進劑、高壓氣體以防爆炸產生額外的太空垃圾，但在此過程中會基本失去與地面的通訊能力，自主控制系統也會關閉，之後所有的動作都將是「既定」的，且火箭設計之初已經考慮到殘骸再入大氣層的問題，對殘骸風險控制也做了詳細規劃。不過也被比如美國等指出，以自家火箭舉例，按國際慣例，一般是要求具備更先進的功能，如可控再入與自毀設計[26]。美國航空太空公司顧問穆爾豪普特和其他專家表示，雖然美國也有墜落事件，但此類事件與中國對長征五號B火箭的使用不同。尤其考慮到長征五號的大小是這五十年來最大的[27]，故儘管承認傷人機率極低，也認可中國事先警告墜落地點的作法，但既然仍有打中城市可能性，長征五號設計上顯然做得不夠，而仍可見被其他國家的批評。美國天體物理學家麥道威（Jonathan McDowell）表示，自從1979年重達76噸的美國國家航空暨太空總署（NASA）Skylab太空站錯誤估計導致殘骸掉入澳洲的重大疏失後，自1990年以來，美國等國家不會允許任何超過10噸的太空殘骸不受控重返大氣層，而長征五號B遙二火箭的淨重，已達21噸。[28]

國際反應

殘骸墜落引起國際媒體與航太機構的關注，並對其落點做追蹤[29][30]。美國國家航空暨太空總署（NASA）兩位曾任局長吉姆·布里登斯廷[31]、比爾·納爾遜均提出批評與危害，認為沒有盡力降低風險，並指責沒有公開透明[32]，建議應達到《阿提米絲協定》的標準[33]。歐洲太空總署（ESA）負責人Nicolas Brobrinsky則呼籲長五B應該改進設計並引入規範[34]。俄羅斯航太總裁德米特里·羅戈津也在其官網公布預測墜落地圖，但強調火箭殘骸不會在俄羅斯聯邦境內墜落[35]。歐美部分國家的安全部隊（如希臘[36]與美國）和地區（如義大利[37]）也對墜落境內做準備。

2022年7月，長征5號B殘骸第3次不受控制地墜落引起國際媒體與航太機構的關注。歐洲飛航安全局（EASA）推測墜落路線在南北緯41度區域內，並向歐洲南部的保加利亞、法國、希臘、義大利、馬爾他、葡萄牙和西班牙的航空業發出警告，建議短暫關閉空域[38][39]。東南亞也在墜落區域內，而包括印尼航空軌道再入和碎片研究中心 (CORDS)[40]、馬來西亞太空總署（MYSA）[41]、泰國空間地理發展局 (GISTDA)[42] 和美國太空司令部[43]在內表示無法在墜落前確定重新再入的確切位置。火箭殘骸最終在跨越馬來西亞砂拉越上空，並在菲律賓蘇祿海墜落。中國官員在墜落後也尚未提供確切細節[44]。美國太空總署局長（NASA）比爾·納爾遜批評北京政府未能分享火箭降落的細節是不負責任和冒險的：「所有航太國家都應該遵循既定的最佳作法，並儘自身能力提前分享這類資訊，以便可靠地預測潛在的碎片撞擊風險，特別是針對長征5號B這種重型運載工具，它這會帶來重大的生命和財產損失風險。 比爾·納爾遜也強調「提前分享資訊對於負責任地使用太空和確保地球上人們的安全至關重要」[45]。

2022年11月4日，一枚重達23噸，大小約30公尺的中國長征五號B運載火箭殘骸再次不受控制地墜落，於11時01分落入南太平洋海域。這是10月31日從海南文昌發射長征五號建造中國天宮空間站的夢天實驗艙的一部份[46]，也是2年來中國第5次長征系列[註 3]火箭殘骸墜落。歐洲飛航安全局（EASA）與美國太空司令部發布火箭殘骸的墜落路線包括從葡萄牙到賽普勒斯的南歐、非洲大部分領空、澳大利亞東南部至北美大陸等[46]。該宣布引起了相關國家的恐慌和警報。作為預防措施，西班牙民航局關閉了加泰隆尼亞、巴利阿里群島、卡斯蒂利亞萊昂、拉里奧哈和阿拉貢幾個機場的領空[47][48]。義大利還向撒丁島、拉齊奧、莫利塞、普利亞和卡拉布里亞5個地區發出安全警報[49]，泰國也採取相同措施[50]。法國決定暫時關閉科西嘉島以南的領空[51]。多名太空航太學家對此譴責中國讓其火箭輔助火箭不受控制地返回地球的做法[52]。美國國家航空暨太空總署（NASA）比爾·納爾遜於同日採訪中批評中國當局繼續這種做法，也指責中方沒有分享預測著陸地點和降低風險所需的具體軌跡資訊是冒險且不負責任的[53]。

2022年11月6日至9日，菲律賓先後在巴拉望省和西民都洛省發現火箭的其他殘骸，據悉殘骸來自2022年10月31日發射火箭的一部分[54][55]。11月20日，菲律賓在與中方在存有爭議的中業島海域附近發現殘骸，引起中菲外交紛爭[56]。12月17日，菲律賓在萊特省附近的海域再次發現和打撈了火箭碎片，菲律賓海岸警衛隊亦向沿海村莊和當地漁民發布有關殘骸可能危害航道安全的警告資訊[57]。

歷次芯級再入與相關殘骸記錄

發射序號 發射日期（UTC+8） 再入日期（UTC+8） 在軌逗留時長 再入地點（經緯度，如有公布） 備註，參考資料
遙一 2020年5月5日
18時00分 		2020年5月12日
23時 		7天5小時，芯一級繞行地球達102圈。[58] 象牙海岸 馬洪努村[59] 有報導猜測火箭的金屬物件至少損毀了兩棟建築物[60]，其中發現一個長達12公尺的液氧管道[61][62]。
遙二 2021年4月29日
11時23分 		2021年5月9日
10時24分 		8天23小時 東經72.47°，北緯2.65°
印度洋 馬爾地夫以北海域[63][64] 		印度洋上空燒毀[65]，由於再入點在阿拉伯半島，引起當地民眾觀測[66]。
遙三 2022年7月24日
14時22分 		2022年7月31日
0時55分 		6天11小時 東經119.0°，北緯9.1°
蘇祿海[67][68] 		印尼西加里曼丹省桑高發現3塊殘骸[69]，馬來西亞砂拉越石山也有2塊殘骸[70]。菲律賓在民都洛海域也發現殘骸碎片[71]
遙四 2022年10月31日
15時37分 		2022年11月4日
18時8分 		4天3小時 西經101.9°，北緯9.9°
墨西哥西南方向太平洋海域[72][73] 		[74][75]

型號對比

現役大型運載火箭參數對比（截至2022年7月）
國家 型號 運載能力（噸） 起飛重量（噸） 發射價格（萬美元） 運載係數（%） 成本/載荷（萬美元/噸） 首飛年份 發射成功率 發射總數
近地軌道 同步轉移軌道 近地軌道 同步轉移軌道
 美國 太空發射系統 95[76] ? 2497 200000[77] 3.8 ? 2105 2022 100% 1
 美國 獵鷹重型運載火箭 63.8[78] 26.7[78] 1420[78] 9700 4.49 1.88 152 2018 100% 6
 中國 長征五號運載火箭 32[79] 14.5[80] 851.8[79] 16000 3.62 1.67 500 2016 87.5% 8
 中國 長征五號B運載火箭 25[79] N/A 837.5[79] ？ 2.98 N/A ？ 2020 100% 4
 俄羅斯 安加拉A5運載火箭 24.5[81] 5.4/7.5[81] 790 10000[82][83] 3.10 0.68/0.95 408 2014 80% 5
 俄羅斯 質子M型運載火箭 23[84] 6.92[84] 705 6500[85] 3.26 0.98 283 2001 90.43% 115

注釋

  1. ^ 200km×400km,傾角19.5°
  2. ^ 歷史上只有5次廢棄太空載具的無控再入的物體質量高於或接近該型號的芯級， 分別是太空實驗室（69噸），禮炮7號（40噸），禮炮6號（35噸），土星2C（用於將太空實驗室送入軌道）（36.2噸），Kosmos 557/DOS-3（19.4噸）
  3. ^ 其次一次是2022年4月2日長征三號乙運載火箭殘骸

參考文獻

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