中国航天员|航天员曾“难以承受的”26秒,怎么攻克的?

10月16日 , 中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院(简称“火箭院”)抓总研制的长征二号F遥十三运载火箭(简称“长二F遥十三火箭”)成功发射神舟十三号载人飞船 , 中国空间站迎来“新太空出差三人组” 。 升空时 , 三名航天员在神态比较放松 , 坐在飞船中间位置的航天员双手交叉 , 两侧两位航天员的手臂自然置于膝上 。 三人不时眨着眼睛 , 凝神做好升空应对 。

中国航天员|航天员曾“难以承受的”26秒,怎么攻克的?
本文图片

点火发射瞬间 , 3名航天员向大家敬礼 。 视频截屏
这样画面不禁让人想起中国首位航天员杨利伟曾经历的“难以承受的”26秒 。 在《太空一日》一文中 , 杨利伟回忆称:“痛苦的感觉越来越强烈 , 五脏六腑似乎都要碎了 。 我几乎难以承受 , 觉得自己快不行了 。 ”
让杨利伟“难以承受”的源头是共振 , 这曾是一个世界级的航天发射难题 , 不仅我国研制的火箭有这个问题 , 国外的火箭也有 。 早在20世纪60年代 , 美国大力神火箭在发射过程中 , 就曾经出现过持续30秒的振动 。 法国的火箭也曾经出现过类似的问题 , 卫星寿命受到了影响 。
如何让中国航天员不再承受这样的痛苦和消除火箭飞行失败的隐患 , 火箭院人决心要解决这一世界级难题 。
要解决问题 , 就要先知道问题根源是什么 。 火箭院所属北京强度环境研究所试验人员经过认真测算、分析后认为 , “病根”可能出在氧化剂上 。 当氧化剂中燃料的振动频率和火箭结构的振动频率接近的时候 , 很可能会发生结构与液体耦合的发散振动 。
在理论分析后 , 该所试验人员随之进行全箭模态试验和氧化剂管路液体特性试验 。 试验时 , 试验人员先向一个燃料管里注入燃料 , 然后给燃料管加载不同频率的振动 , 观察燃料的振动频率 。 如果试验室数据与全箭模态试验数据相吻合 , 就能证明试验人员的推断是正确的 。
经过半年多的调查、分析、计算等 , 试验人员最终得出结论:问题就出在火箭产生了POGO振动 。 这一结论印证了他们之前的推测 。


中国航天员|航天员曾“难以承受的”26秒,怎么攻克的?
本文图片


在找到问题根源之后 , 火箭院研制团队进行了改进 , 原本长征二号F遥五运载火箭的助推器蓄压器上装有两个膜盒 , 到了长征二号F遥六运载火箭时 , 膜盒减少至一个 。 这种改进成效明显:长征二号F遥六运载火箭发射“神舟六号”飞船时 , 振动量级和振动时间都减小了 , 航天员的反映是振动轻多了 。
“轻多了”意味着研究方向是对的 , 可问题并未完全解决 。 研制团队继续优化设计 , 将助推器蓄压器改成了“变能量蓄压器” , 在不同飞行时段采用不同PV值的蓄压器 , 该装置能够吸收燃料振动时产生的能量 , 改变燃料的振动频率 , 火箭就不再产生POGO振动 。

推荐阅读