飞船|筑梦“天宫”|“神箭”再出征!“满分”成绩是如何做到的?

有“神箭”之誉的长征二号F火箭再次成功发射神舟载人飞船 , 7次载人发射任务 , 均取得“满分”的骄人成绩 。
6月17日 , 长征二号F遥十二运载火箭(简称“长二F火箭”)呼啸升空 , 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 , 本次任务是长征系列运载火箭的第374次发射 。

飞船|筑梦“天宫”|“神箭”再出征!“满分”成绩是如何做到的?
文章图片

垂直转运中的长二F遥十二火箭 。本文图片来源:航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院 。
全战全胜的“神箭”
长二F火箭是专门为我国载人航天工程研制的火箭 , 也是目前我国唯一一型载人运载火箭 。 作为一枚“明星”火箭 , 每一次发射都举世瞩目 。 长二F火箭使我国成为世界上第三个能够把航天员送上太空的国家 。
长二F火箭是专门用于载人航天的二级运载火箭 , 也是目前中国所有运载火箭中系统最复杂的火箭 , 火箭在1992年立项 , 1999年首飞 。 近30年来 , 长二F火箭全程参与了中国载人航天工程“三步走”战略的每一步 , 共执行十余次任务 , 其中包括发射5艘无人飞船、2个空间实验室和7艘载人飞船 , 均取得圆满成功 , 将12名、17人次航天员送入太空 , 在我国载人航天工程的史册上 , 长二F火箭留下了浓墨重彩的一笔 。
长二F火箭载人飞船状态增加了故障检测和逃逸救生系统 , 在火箭顶部带有逃逸飞行器 , 全箭可靠性指标0.97 , 安全性指标0.997,是我国可靠性指标最高的运载火箭 。
虽然发发成功 , 但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 , 让火箭更可靠、更安全、更灵活 。
火箭院长二F火箭总设计师容易说:“载人航天 , 人命关天 。 保障航天员安全进入太空 , 是每个载人火箭研制人员特殊的使命和责任 。 ”

飞船|筑梦“天宫”|“神箭”再出征!“满分”成绩是如何做到的?
文章图片

长二F是我国可靠性指标最高的运载火箭 。
火箭更可靠
火箭院长二F火箭总指挥荆木春介绍 , 此次用于发射神舟十二号飞船的长二F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” 。
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 。
在长二F火箭副总师刘烽看来 , “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 , 再次刷新了纪录 , 处于世界前列 。

飞船|筑梦“天宫”|“神箭”再出征!“满分”成绩是如何做到的?
文章图片

执行此次发射任务的长二F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 。
航天员更安全
载人航天 , 人命关天 , 容不得半点闪失 。 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 , 遥十二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” 。

飞船|筑梦“天宫”|“神箭”再出征!“满分”成绩是如何做到的?
文章图片

为了适应空间站任务 , 此次长二F首次采用了起飞滚转技术 。
火箭更灵活
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 。
此外 , 为了适应空间站在轨建造及长期运营需求 , 研制团队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 。
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……
【飞船|筑梦“天宫”|“神箭”再出征!“满分”成绩是如何做到的?】(本文来自澎湃新闻 , 更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)

    推荐阅读