“神箭”再送“神舟” 长二F火箭更可靠更安全更灵活

2021-06-17 人民网 赵竹青,翁奇羽 电话:010-65369493   新闻爆料:marketnews@163.com

人民网酒泉6月17日电 (赵竹青,翁奇羽)酒泉卫星发射中心传来佳音!6月17日9时22分,我国长征二号F遥十二运载火箭(简称“长二F火箭”)划破苍穹,成功将载有3位航天员的神舟十二号飞船送入预定轨道。我国载人航天工程空间站在轨建造阶段首次载人发射取得圆满成功,为后续任务顺利实施奠定了坚实基础。

长二F火箭由航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)抓总研制,是目前我国唯一一型载人运载火箭,自首飞以来共成功实施7次载人发射任务,均取得“满分”的骄人成绩。

为了圆满完成空间站在轨建造阶段的高密度发射任务,中国航天史上这枚技术最复杂,可靠性和安全性最高的航天员“专列”,进行了多项技术改进,其可靠性和安全性再上新台阶。

火箭更可靠

火箭院长二F火箭总指挥荆木春介绍,长二F遥12火箭共进行109项技术状态更改,其中有70余项与可靠性提升相关。这些改进不涉及重大技术状态变化,主要是为了消除薄弱环节。

如针对发动机点火失效风险,将主机传火孔直径从4毫米改为6毫米,进一步提升点火可靠性;根据位置不同,对发动机二级游机推力室喷注口提出更加精细的角度设计要求,使推进剂能够更加充分地融合,更加高效地燃烧,为火箭提供强劲动力。

每一处改进,都体现了研制人员对可靠性的不懈追求,背后都意味着无数次的理论分析,数学仿真和试验验证。当火箭的可靠性越来越接近1的时候,小数点后每一个数字的微小变化,实现起来都无比艰辛。长二F火箭总体副主任设计师秦曈说:“在可靠性已经相当高的情况下,再提升,难度可想而知。”

火箭院长二F火箭总体主任设计师常武权用考试打比方,从50分提高到90分相对容易一些,但从90分提高到91分,甚至91.1分,尽管只有0.1分的提升,但背后的工作并不比从50分提高到90分少。

火箭院长二F火箭副总师刘烽坚定地说:“为了确保任务成功,确保航天员安全,只要能换来百分之零点零几,甚至是零点零零几的指标提升,我们所做的任何工作都是值得的。”

越是艰难越向前。这支骁勇善战的队伍,精益求精,尽善尽美,最终将长二F火箭的可靠性从指标要求的0.97提升到0.9894,再次刷新了其自身纪录,处于世界前列。

航天员更安全

载人航天,人命关天。长二F遥十一火箭在发射神舟十一号飞船时,安全性评估值达0.997,但研制队伍在追求安全性的道路上从未止步。为确保航天员安全,遥12火箭逃逸安控体制进行了更改,提高了保密安全性能和抗干扰性能。控制逃逸发动机新增了点火功能,进一步提高了火箭的安全性。

假如火箭突发意外情况,逃逸系统启动,逃逸飞行器像“拔萝卜”一样带着返回舱飞离故障火箭。返回舱与逃逸飞行器分离后,打开降落伞,缓慢降落到地面。但开伞过程中,返回舱会受到地面低空风的极大影响。

以前逃逸飞行器只能往一个固定的方向逃逸,存在一定的安全风险。刘烽举了个例子,“如果说逃逸飞行器只能向东逃逸,正好这时地面吹来一股向西的风,这样,返回舱处于开伞状态的时候,很可能又被吹回到故障火箭的附近,航天员就比较危险。”

研制人员在现有的控制逃逸发动机的基础上,通过对软件进行调整,新增发动机点火功能,使逃逸飞行器可以向垂直于地面风的方向逃逸,更加安全,灵活。“比如说,地面刮的是南风或者是北风,现在我的逃逸能力提升了,可以提前选择与南风或北风垂直的东方向逃逸,避开地面风。”常武权说。

逃逸系统改进后,火箭安全性评估值达0.99996这一国际先进水平。常武权通俗地解释了小数点后这一串数字的意义,“就目前的技术状态,长二F火箭需要发射十万次,才会有4次逃逸失败,平均一万次发射,还不到一次逃逸失败的情况。在保障航天员安全方面,它比‘万无一失’的水平还要高一些。”

活动发射平台更便捷

在这次任务中,地面支持系统人员更加胸有成竹了,因为为了适应空间站在轨建造及长期运营需求,他们对火箭活动发射平台进行了全面大修,同时基于可靠性,操作性,维修性,应用成熟型号的成熟技术等多方面考虑,对平台进行了升级改进。

火箭院长二F火箭地面发射支持系统主任设计师刘海波介绍,最典型的就是在发射平台改进设计过程中,大范围采用冗余设计,不断提高其可靠性。此外,活动发射平台的操作便捷性也显著提升。活动发射平台总体设计师任晓伟举了个例子,平台上有两台“方向机”,一主一备。原来,如果主机发生故障,需要手动拆除主机上的配件,再给备用机装上一个新的配件,全程约2小时。“现在加一个离合手柄,1分钟就能完成主备机的切换,效率有了质的飞跃”,任晓伟说。

一些在长征五号,长征七号运载火箭活动发射平台上得到验证的成熟技术和产品,也用于替代那些老化的,工艺或技术过时的产品。如用行星齿轮减速器代替支撑臂上原来使用的滚柱密切圆减速器,使传动效率由60%左右提升至95%左右。

“这次任务政治意义重大,我们必须确保顺利,圆满”,刘海波说。通过这一项项细微处的改进,型号队伍做到了心中有数。无论是在垂直总装测试厂房,还是在发射塔架,以及转场途中,站立在活动发射平台上的长二F火箭,这一路走得更稳,走得更准,走得更加从容,自信。

首次采用起飞滚转技术,更灵活

本次发射中,长二F载人状态火箭还首次采用了起飞滚转技术,更加灵活。

以往,长二F火箭的任务较为单一,射向基本一致,火箭点火起飞后,经过俯仰转弯等姿态调整,直接瞄准一个固定的射向,在一个射面内飞行即可。但后续空间站在建造和长期运营过程中,轨道倾角会有0.1°到0.5°的变化范围。

而火箭要适应这种变化,有两种方法:一是针对每次任务的轨道倾角,改造瞄准间,确定火箭射向;二是通过火箭自身起飞滚转适应轨道倾角的变化和射向的变化。前者工作量巨大,并非最佳方案。

因此,型号队伍根据任务特点,从火箭自身出发,在载人状态的长二F火箭上首次应用起飞滚转技术,使火箭起飞后在空中转体,转到合适的角度后,再飞向任务要求的方向。采用该技术以后,长二F火箭更加灵活,任务适应能力也进一步提高。


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