神舟15号发射时,一二级分离和助推器分离为啥“要差一秒”?


神舟15号发射时,一二级分离和助推器分离为啥“要差一秒”?


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神舟15号发射时,一二级分离和助推器分离为啥“要差一秒”?


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神舟15号发射时,一二级分离和助推器分离为啥“要差一秒”?


北京时间11月29日晚上23时08分 , 神舟15号载人飞船搭乘长征2F运载火箭 , 顺利从酒泉卫星发射中心升空 , 约20分钟后神舟15号载人飞船顺利进入预定轨道 , 并在短暂在轨运行后 , 于11月30日5时42分顺利对接在天宫空间站预定舱口 , 3名航天员顺利进入天宫空间站 。

但在长征2F运载火箭运载神舟15号载人飞船发射升空时 , 火箭飞行157秒时 , 先是捆绑的4台助推器成功分离 , 紧接着大约一秒后的158秒 , 芯一级火箭也成功分离 。 那为何捆绑的四台助推器不和芯一级一同分离呢?反而要额外差一秒再分离?

其实最早的时候 , 长征2F火箭捆绑的四台助推器分离、经过十几秒后 , 芯一级才会分离 , 但这种间隔十几秒后连续分离也有很大缺点:
1、推重比连续降低火箭要想将航天器发射入轨 , 就要在推重比上得到正值 。 因此火箭都要设计成多级火箭 , 以便及时将已经使用完、成为负载的助推器、燃烧芯级分离出去 , 降低火箭飞行过程中的负载量、保证其整个飞行阶段的推重比一直处于较高状态 。

但对于运载火箭而言 , 分离或者关机后 , 在仍然处于工作的发动机或者整枚火箭推重比还没有恢复时 , 就提前分离、或者连续分离的话 , 火箭就会因为推重比的连续降低使得其入轨速度不够 , 继而造成发射失利 。

2、推力连续降低 , 不利于快速入轨火箭的助推器分离、级间分离如果时间过早、或者连续分离的话 , 还会出现一个很大的问题就是随着推力的连续、快速降低 。 火箭的入轨速度降低 , 除了会带来入轨可能失败等风险外 , 还会有可能因为入轨速度不够、只能执行低轨道发射任务 , 以及在需要快速入轨时因为速度不够 , 而迟迟无法船/星箭分离 。

而长征2F运载火箭之所以将助推器和一二级分离时间 , 从之前的十几秒缩短在一秒左右 , 也是有原因的:
1、早前长征2F运载火箭的助推器分离后 , 经过十几秒后一二级才会分离 , 但后面随着发射的载人飞船重量更大后 , 为了提升运载量和入轨速度 , 给捆绑的四台助推器的头锥内也增加了燃料来延长助推时间 。 这样既能够使得其入轨速度更快、入轨时间更短 , 而且更大的推重比也使得神舟载人飞船的入轨精度更高、能够执行快速入轨交会对接 , 像之前神舟载人飞船发射从发射到入轨需要半个多小时 , 现在基本只需要20多分钟就实现了 。

2、火箭在研发设计过程中 , 除了要优先保证安全可靠外 , 在性能指标上最大的技术指标就是“运力最大化” 。 像长征5B运载火箭和SpaceX的猎鹰9运载火箭 , 最大起飞重量接近 , 最大起飞推力也差不多 , 甚至猎鹰9得益于较高的干质比 , 其推重比比长征5B更高 , 但在近地轨道的实际最大运载力上 , 长征5B实际能达到25吨的近地轨道最大运力 , 但猎鹰9虽然标称也能达到22吨的最大运力 , 但实际发射时最大载重量从没有超过18吨以上 。

而长征2F运载火箭的芯一级和助推器 , 装备的都是YF-20液体火箭发动机 , 其中芯一级安装了4台YF-20 , 捆绑的四台助推器则各自安装了1台YF-20液体火箭发动机 。 而正是由于助推器与一级使用的发动机相同 , 所以在运力最大化的原则下 , 在研发设计长征2F运载火箭时 , 助推器和一级装备的发动机数量 , 尽可能地加大到不能再加的最大化状态 。 而这种状态下 , 捆绑的4台助推器实际上更像是对一级的补充 , 所以一级与助推器的分离时间间隔较短也就不奇怪了 。


而且前面也说过 , 这种缩短分离间隔时间的做法 , 虽然有点土 , 但能实打实地提升轨道运载力 。 比如早期的长征三号乙运载火箭 , 捆绑的助推器燃烧时间只有127秒 , 一级燃烧时间却长达145秒;而改进型的长征三号乙运载火箭 , 捆绑的四台助推器燃烧时间延长到了140秒 , 一级燃烧时间略微延长到了158秒 , 而这也使其GTO运力从5.1吨提升到5.5吨 , 极大弥补了我国早前在中高轨道上运载力不足的问题 。

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