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长六首创自增压,专车“躺”着运
发布时间:2015-09-21      信息来源:解放日报

29.3米的修长身高,全新的环保液氧/煤油发动机,一体化电气系统,冯卡门复合材料全透波整流罩,由内到外,长征六号首飞箭无处不散发着创新的帅气!

这款由上海航天人抓总研制的“上海造”,是20多年来我国首次全新研发的运载火箭,拉开了我国新一代运载火箭投入使用的序幕。

长征六号到底有多神奇?上海航天的相关专家一一作了解答。

绿色环保-吃上液氧煤油“细粮”

长征六号火箭副总师李程刚告诉记者,长征六号作为我国新一代运载中第一型投入发射应用的火箭,首次采用了我国最新研制的高压、大推力、无毒、无污染的补燃循环液氧煤油发动机,吃上了绿色环保的“细粮”。一级直径3.35米,采用单台最大推力为120吨的液氧/煤油发动机,二、三级直径2.25米,分别采用一台18吨液氧/煤油发动机和一台常规推进剂发动机。火箭起飞推力1200千牛。

按照常规,火箭飞行中需不断对发动机氧箱增压,传统设计中需要额外增加独立的增压气瓶,这就增加了火箭重量,降低了火箭的运载能力。“独特的发动机氧箱自生增压技术,是此次长六的一个最大亮点”,李程刚表示,自增压方案利用发动机燃气发生器的富余氧气为一级氧箱进行增压,可以为火箭减少12个单独的增压气瓶以及一整套冗余增压系统,优化了火箭总体方案并减少质量隐患。这项回收利用的航天新技术在国际上从未曾有过先例。

此外,长征六号还创造性地使用了发动机燃气滚控系统,利用一级发动机涡轮泵后引出高温高压富氧燃气,与发动机一起对火箭进行滚动姿态控制,保证火箭飞行过程中的姿态稳定,在国际上属于首创。

李程刚表示,由于长征六号的动力系统和电气系统与新一代运载长征五号、长征七号火箭基本相同,其成功发射有效验证了我国在大推力、高可靠性、高适应性、低成本、无毒无污染运载火箭领域的关键技术突破,标志着我国在运载火箭现代化、推进剂无毒化方向迈出坚实一步。

三平一快-“躺在车上”去发射

在传统概念中,火箭发射都需要分段运输至发射场,再在塔架上完成各子级的垂直吊装总装和测试。现役运载火箭中,只有执行载人航天发射任务的长征二号f采用了垂直转运模式。

但是,观看长六的发射过程,犹如看大片。整体运输、起竖、发射,这是设计师们为长征六号量身定制的“三平测发”独家秘笈,是现役火箭测发模式的一次彻底变革。长征六号副主任工艺师陈长江说,现在网上购个物都希望隔天送到,火箭作为运载发射工具,如果能减少准备时间,自然在商业发射中就更受欢迎。

陈长江解释说,所谓“三平”,即“水平整体测试、水平整体星箭对接、水平整体运输起竖发射”。火箭在水平状态下在厂房内完成全箭总装和测试,包括与卫星的对接,同时将整发火箭水平放置于专门研制的自行式整体运输起竖车上,由起竖车将火箭水平运输至发射工位,并完成水平对接、翻转起竖、垂直定位、燃料加注和发射等动作。整个过程一气呵成,大大简化了发射区操作时间和发射台占用时间,长征六号的发射准备周期仅需7天,有力适应了卫星发射低成本、短周期的需求。

“躺着”完成所有的工作,这可不是一般火箭都能享受的待遇。为此,设计师们还专门为长征六号打造了“自行式整体运输起竖车”,这款长六的“私人座驾”,集运输、起竖、发射脐带塔功能于一体,车随箭走,长六躺在上面就可完成从转运起竖到加注发射的所有流程。

更神奇的是,车子能通过计算机控制实现自动无人驾驶,在发射阵地实现自主导航驾驶及精确定位,三向定位精度误差不超过5毫米。

精准控制-太空实现“上门投递”

“失之毫厘,差之千里”,从地面将卫星送入几百公里外的地球轨道,飞行过程中的任何一个细微偏差,都可能导致不可挽回的损失。而入轨精度越高,则意味着卫星进行轨道调整所耗费的能量越少,可以有效提高卫星的在轨寿命,这也是考验火箭能力的重要指标。

上海航天火箭专家周如好说,火箭的飞行过程看似简单,但需要经历点火发射、级间分离、俯仰偏航、轨道修正、发动机关机及重新点火、载荷分离等一系列复杂动作,如何确保一系列动作的精准控制,这就要仰仗火箭的“神经网络”――控制系统。

周如好表示,长征六号将控制、测量、供配电组成了全新的电气系统,实现箭上信息一体化、供配电一体化和地面测发控系统一体化,有效提高了火箭电气系统的先进性、可靠性与适应性。同时,在控制系统中,采用了双八表捷联惯组组合导航技术和迭代制导技术,综合利用地面测控网、导航星座系统和中继卫星,实现天基测控和地基测控相结合,在火箭飞行过程中对火箭状态进行实时测量,实现更高的导航精度,确保卫星入轨精度达到百米级,在太空实现点对点的“上门投递”,达到国际先进水平。

工艺革新-“智造”迈向工业4.0

为了紧跟国际运载火箭发展的先进水平,在长征六号设计中,上海航天引入了数字化研发技术和top-down设计思想,用时髦的话讲,就是用了工业4.0的技术,从总体到分系统到重要单机进行协同研发及一体化总装集成。

由于长征六号一级采用了单台120吨液氧煤油发动机,在推力既定的情况下,如何保证火箭的运载能力,减重是唯一的选择。为了更好地降低火箭自身重量,长征六号运载火箭首次采用了大温差隔热复合材料夹层共底贮箱。

上海航天某所型号指挥徐爱杰说,由于长征六号使用的液氧/煤油发动机,贮箱采用夹层共底结构形式,就意味着夹层共底要承受液氧、煤油两个独立系统的正压、反压载荷,同时还要抵抗液氧和煤油之间将近200度的温差。通过攻克夹层共底研制难题,上海航天掌握了激光扫描及仿形加工、结构件整体胶接成型等关键制造技术。(刘锟)

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