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更新时间:2021-06-09 14:49:31

小说简介

130余项改进,让货运飞船“专列”更可靠

  5月29日,长征七号遥三火箭在海南文昌发射场准时点火升空,将天舟二号货运飞船准确送入预定轨道,发射取得圆满成功。

  这是中国空间站在轨建造工程第二战,4月29日,长征五号B火箭成功将天和核心舱送入太空,长征七号由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(以下简称“火箭院”)抓总研制,本次发射是长征系列火箭的第371次发射。

  运货飞船的“专列”

  长征七号火箭是为了满足中国空间站工程发射货运飞船而研制的新一代中型运载火箭。货运飞船作为向空间站及空间科学实验室运送货物和推进剂等物资的使者,被亲切的称为太空中的“快递小哥”。

  2016年6月25日,长征七号遥一运载火箭进行首飞,成功将载荷送入预定轨道。2017年4月,长征七号遥二火箭成功将我国第一艘货运飞船天舟一号送入预定轨道。

  时隔四年后,太空快递业务再次开通,长征七号火箭再出发,将天舟二号货运飞船送入太空。之后,天舟二号将与在轨运行的天和核心舱进行对接,完成燃料和物资的输送,为后续载人飞船的发射奠定良好的基础。

  按照空间站在轨建造任务规划,今明两年我国将连续实施11次飞行任务,包括3次空间站舱段发射,4次货运飞船发射及4次载人飞船发射。长征七号运载火箭试验队现场01指挥员、主任设计师徐利杰评论道:“2年11次任务,环环相扣,就像接力赛跑,每发任务的成败都将关乎中国空间站建造计划能否顺利实施。本次任务作为中国空间站工程建造阶段承上启下的关键之战,代表国家形象、牵动亿万人心,使命光荣、责任重大。”

  作为新一代中型运载火箭,长征七号将是未来航天发射的“主力军”,以长征七号火箭为基础衍生出具备高轨发射能力的长征七号甲火箭在今年3月发射成功。随着两型火箭技术方案的完善和性能的稳定,长征七号系列火箭可逐步替代我国现役长征运载火箭有关型号,执行更多的重大发射任务。除了空间站建造阶段2年4次发射任务之外,进入空间站运营阶段后,长征七号运载火箭还将每年保持2次发射的当量。

  另外,长征七号运载火箭近地轨道运载能力达到14吨,论“力气”比传统燃料的运载火箭多出一半以上,因此它不仅可以实现大型有效载荷的发射任务,还可以搭配上面级或者二级采用多次启动技术,实现零度轨道倾角卫星发射任务、探月、探火和小行星探测等深空探测等任务。根据目前任务安排,长征七号甲火箭2025年前任务安排饱满,将每年执行3-5次发射任务。

  130余项改进让火箭更经济更可靠

  本次任务是长征七号运载火箭的第三次发射,距离长征七号遥二发射已经过去了4年,在此期间,型号队伍开展了大量的优化改进设计,不仅实现了从“零窗口”到“窄窗口”发射的技术跨越,另外还通过简化、优化箭上测量系统、优化贮箱增压设计等130余项改进,使火箭更加经济、可靠,更有利于批生产和高密度发射。

  与“窄窗口”相比,“零窗口”发射的难度在于发射时间精确到秒,如果发射前系统的某个环节出现问题,就只能推迟到下一个发射窗口,重新组织推进剂加注和发射工作,对发射任务带来比较大的影响。而长征七号火箭作为低温火箭,与常规火箭相比,还面临低温推进剂加注问题和复杂的发射前流程。因此,要实现“零窗口”发射,难度更大。

  “发射前4分钟内,要连续完成10多个关键动作,比如贮箱增压、管路排空、连接器脱落、摆杆摆开等一系列复杂动作,哪个环节出现异常都会影响“零窗口”发射。”徐利杰介绍。在长征七号遥二火箭发射天舟一号货运飞船时,就实现了“零窗口”发射。

  虽然已经具备了“零窗口”发射技术,但是为了更好的适应故障情况,提高火箭按时发射的能力,型号队伍一直技术上的突破,在长征七号运载火箭上首次采用自动获取起飞时间进行入轨目标参数在线迭代修正技术,对飞行弹道、落点等进行评估,并分析不同工况、不同起飞时间对入轨精度和运载能力的影响,并通过大量的数字和半实物仿真,最终将精确到秒的“零窗口”拓展为2分钟左右的“窄窗口”,也就是说,如果火箭起飞时间的偏差在2分钟以内,火箭就可以根据起飞时间自行修正飞行轨迹,保证货运飞船仍然能够进入核心舱所在的轨道面,提升了长七火箭对发射任务的适应性。

  此次发射的长征七号火箭还简化、优化箭上测量系统设计。删减了用于研究性的测量参数,箭上测点数量约减少三分之一,测量系统单机数量减少近一半,不仅节省了成本,也有助于提升部分关键参数的采样精度。另外,本次火箭还采用了高码率Ka频段天基测量系统,与长征七号遥二火箭采用的S频段测量系统相比,传输码速率提高了20余倍,实现了火箭飞行遥测全程无盲区。

  在优化箭上贮箱增压设计上。火箭团队结合前两次飞行试验结果分析,在不影响正常使用的情况下,助推器减少了一个贮箱增压气瓶,并将各模块贮箱增压压力控制带进行了优化,提升了增压气体的利用率。

  为了缩短火箭的生产周期,新的长征七号火箭将火箭助推和一级尾端、一级后过渡段由复合涂层改为普通涂层。改进后,简化了施工工艺,缩短了生产周期。以一级后过渡段为例,改进后生产周期由原来的18天左右缩短到13天,为后续批量生产奠定基础。

  “聚焦“零窗口”发射、聚焦飞行成败,一个细节一个细节进行梳理,充分辨识设计上存在的薄弱环节并进行改进,此外,针对其他火箭质量问题从机理上开展举一反三,确保火箭以最佳的状态、最优的性能投入到本次任务中,用过程完美确保结果圆满。”徐利杰说。

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