火箭就像太空列车,为每一名前往太空的“乘客”提供“头等舱”的优质服务,让乘客舒心满意地乘坐。
大暑时节、又在低纬高温之地发射,问天实验舱(以下简称问天)前往太空旅程的过程中,长五B火箭又提供了哪些不一样的精细化服务和保护呢?
(资料图)
长征五号B遥三运载火箭
“问天”会热得“出汗”吗?
长五B火箭整流罩直径超过5米、高度超过20米,相当于一节动车车厢,在国内现役火箭中算得上头等的充裕空间。
“问天”是我国目前发射的重量最大、包络尺寸最大的载荷。长五B遥三火箭结构总体设计师王乾说,生产初期,研制团队采用三维视觉扫描等技术,对整流罩以及“问天”的尺寸精准仿真,反复详细校核,确认了关键位置的安全间隙,确保在飞行、分离的过程中,“问天”享有足够的空间。
7月的文昌航天发射场烈日炎炎,“问天”坐在整流罩里,也会热得“出汗”吗?
王乾说,不同于常规整流罩的一个送风口,长五B火箭整流罩设置上下两路送风口扩大供风量,满足超大空间送风要求,确保罩内始终保持适宜的温湿度标准。
火箭飞行过程中要承受非常恶劣的热学环境、力学环境和噪声环境,长五B火箭整流罩采用流线型的冯·卡门曲线外形,大大降低了火箭在大气飞行中的气动加热,保护问天免受飞行环境的干扰。研制人员还在整流罩的外侧粘接了软木隔热材料,进一步减轻穿越大气层时的炙热。
前不久,在星罩组合体转运和火箭转运至发射区过程中,长五B全程冷链运输,持续保证空调向罩内输送常温干燥空气,保障问天的舒适度。
此外,大推力直接入轨、起飞时间偏差修正,优化发射流程、远程测试网络等技术和手段的应用,也都是研制人员为这位重要“乘客”的贴心付出。
“大沙发”护送有保障
舱箭分离后,细心的小伙伴们可能会发现,在问天的尾部,有两条圆形的框架,就好像实验舱坐在什么东西上……
这其实是个“大沙发”!它由两条圆形隔冲框组成,内部引入了“颗粒阻尼”等新技术,让分离冲击在颗粒体的摩擦和碰撞中,迅速地耗散动能,冲击被降低10倍左右,“坐”起来更舒适。
问天被送到预定位置后,就要与火箭分离,也就是“到站下车”。这个“下车”可是有讲究的。
中国航天科技集团一院产品化副主任设计师孙璟说,为了让空间站舱段能够安全“下车”, 研制团队研制了一项新的舱箭分离装置,既能“绑”得住大直径的空间站舱段,又能快速、可靠、无污染分离。
但是,在做分离试验时,却发现新型分离装置对分离面的瞬间冲击高达30000G!这是什么概念?相当于重量1吨的汽车以每小时100千米的速度撞向墙面时所产生的冲击力,足以让车和墙瞬间粉碎。
行不通。因为空间站舱段有许多陶瓷、光学器件,这样做有可能损坏较脆的零部件。
孙璟介绍,研制团队另辟蹊径,在不改变舱箭连接形式的同时,改善了舱箭之间的连接受力情况,解决了冲击问题。
在长五B的细心呵护下,问天踏上了探索星河霄汉之旅。期待它把满天神话变成现实。
延伸阅读
长五B为首次执行交会对接任务“练”本事
从“串联”到“并联”
本次发射任务是我国首次5米直径的大推力运载火箭进行零窗口发射,问天实验舱上天后需要和天和核心舱进行交会对接。而长五B是低温火箭,面临着低温推进剂加注问题和复杂的射前流程,相比常温火箭难度大得多。
一院长五B火箭副总设计师娄路亮表示,各系统只能按时序完成射前指令,把时间消耗在等待上一流程上。
“我们将各系统耦合性高的工作由‘串联’变为‘并联’,为火箭发射前预留了2.5分钟的故障处理时间。”一院长五B火箭总体副主任设计师刘秉介绍。
从“追火车”到“乘高铁”
此次长五B首次执行快速交会对接任务,要求火箭以更高的发射和飞行可靠性实现准点发射、准确入轨,将问天舱准确送入与核心舱共面、共轨的转移轨道。这就像火车到站,以前乘客需要“追火车”才能找到自己的车厢,现在的高铁都是精准对标到地标。
从“追火车”到“乘高铁”,入轨精度偏差缩小为空间站舱段交会对接提供了更好的保障,但是也对火箭的动力、结构和控制系统偏差控制水平提出了新的和更高的要求。
据一院长五B火箭轨道设计师王建明介绍,“‘窄窗口’点火可以提升火箭点火可靠性,为克服地球自转影响,则需要通过箭上具备起飞时刻偏差修正能力”。
点火后,火箭依靠更先进的制导技术不断调整弹道,直奔空间站。一院火箭科普专家钱航说:“这有点像汽车的自动驾驶技术,只是长五B这辆‘汽车’,重达数百吨、时速不可估量,要做到‘自动驾驶’可不容易。”长五B创新运用姿态控制增益优化和复合制导方法,从而提高了火箭姿态控制精度。
从“大包小裹”到“轻装上阵”
作为目前我国近地轨道运载能力最大的火箭,长五B近地轨道运载能力超过23吨。此外,问天实验舱与空间站天和核心舱交会对接形成组合体,需要舱段消耗燃料来变轨满足对接要求,会造成运载能力的损失。
为了能搭载更多的推进剂、生活物资等维持空间站在轨运营,长五B团队对火箭的运载能力进一步评估、折算,扔掉箭体中的“累赘”,释放了更大的运载能力。
“如果把发射火箭比作游客出行,那么以前就是出远门,需要携带大包小裹来保障衣食住行之需,而现在更像是临时出差,轻轻松松带上必备物品就可以出发了。”刘秉这样比喻。