天宫一号与神舟九号载人交会对接任务牵动国人心弦。对比去年的交会对接,此次任务最大的特点就是“载人”。因为涉及航天员的生命安全,发射神九飞船的改进型长二F运载火箭上的逃逸系统便显得尤为重要。
运载火箭发射是航天员进入太空的重要一步,也是风险性较大的一个环节。作为救生装置,位于火箭顶部的逃逸系统将完成飞船发射阶段的护航使命,确保航天员生命安全。
一旦火箭发射出现意外情况,逃逸塔可以带走飞船,帮助航天员逃离危险区。而在这个过程中,逃逸系统要力挽狂澜,就得仰仗拥有极高安全可靠性的逃逸系统动力装置——逃逸固体发动机。
自1992年中国载人航天工程正式开展以来,中国航天科技集团公司四院就一直承担着逃逸固体发动机研制的重任。从神一到神八,该院研制的发动机凭借极高的安全可靠性,圆满完成了所有任务。
给航天员上“双保险”
位于飞船顶部的逃逸塔塔高8米,从远处看去就好像火箭上的避雷针,它被誉为保障航天员安全的“生命之塔”。
动力装置是逃逸塔的最核心部分,由1台逃逸主发动机、1台分离发动机、4台偏航俯仰发动机和4台高空逃逸发动机组成。
据四院41所逃逸固体发动机主任设计师陈红斌介绍,火箭发射后120秒内(即高度在0千米~39千米范围内),一旦发生意外情况,主发动机将点火工作,其高达70余吨的推力,能在3秒内把飞船“拽”到1500米开外,帮助航天员瞬间逃生。
“如果火箭飞行顺利,那么逃逸塔将与火箭分离,这个时候分离发动机和两台偏航俯仰发动机开始工作,执行抛塔任务。”陈红斌解释道。
在抛塔后、星箭分离前如果再有危险怎么办?“那就得靠高空逃逸发动机‘挺身而出’了。”陈红斌指出,火箭在发射后120秒~200秒(即高度在39千米~110千米范围内),倘若再遇到不测,4台高空逃逸发动机将同时点火工作,带航天员脱离险境。
由此可见,10台发动机在火箭发射飞行阶段可谓为航天员上了“双保险”。
在执行逃逸任务时,航天人同样有着“双保险”。在此次任务中,除了地面自动启动逃逸模式,航天员也可以手动启动逃逸模式。
分离发动机可靠性达99.99%
“人命关天,所以在宇航发射任务中,逃逸系统是可靠性要求最高的分系统,而且技术状态相对固定。”逃逸固体发动机总设计师史宏斌介绍说。
为圆满完成神八、神九等与天宫一号的数次交会对接任务,该院已批量生产了多套发动机。逃逸固体发动机总指挥余海林透露:“这样既有利于我们选择产品,又能更好地保证质量。而且,这些产品都是按‘载人’的标准去研制的。”
作为逃逸系统中最重要的一部分,逃逸发动机对安全可靠性的要求极高。一般来说,常规固体发动机的安全可靠性指标是99%,但陈红斌告诉记者,逃逸固体发动机对可靠性有着更高的要求,指标经过分解后,包括分离发动机在内的某些发动机的安全可靠性指标甚至要达到99.99%。
一直以来,四院的研制团队都在“抠”一个个技术细节,历经无数次试验和改进。“即便是99.99%,我们也还要不断改进技术,确保交付出去的产品不带任何隐患,让工程总体和航天员放心。”陈红斌说。
值得一提的是,陈红斌的父亲正是我国第一代逃逸发动机的设计师。陈红斌女承父业,两代航天人呕心沥血,见证了我国载人航天工程的跨越式发展。
“牛刀杀鸡”,逃逸系统全部国产化
从神一到神八,四院的逃逸系统动力装置从未发挥过逃逸功能,因此有人笑称,这是“杀鸡用牛刀”。
对此,史宏斌不以为然,“曾有人认为制造逃逸发动机没必要选用太好的材料,但我们恰恰觉得,就是要用牛刀杀鸡的态度来对待这份工作。”
史宏斌口中的“好材料”,也是发动机上“值得一书”的亮点。在对前期研制中存在的问题进行分析后,四院对执行3次交会对接任务的逃逸固体发动机相应地进行了一系列技术改进、技术攻关和试验验证工作,对发动机关键部件材料进行了改进,特别是某部件绝热材料使用了国产新型高性能材料,从而让整个逃逸系统实现了百分之百的国产化。
在生产执行交会对接任务的发动机产品之前,这款绝热材料一直都依赖进口。据余海林介绍,该材料必须具有抗冲刷、耐烧蚀等功能,要求非常高,材料的好坏能直接影响到发动机研制的成败。
起初,该院研制人员在使用这款国产材料时颇为谨慎,但经过反复试验验证后,终于得出结论:材料性能完全满足要求。
除此之外,四院的研制团队还在诸多方面进行了创新,不断提高产品的安全可靠性——将远距离发火装置中电爆管的电连接插头由两针改为四针结构;将生产逃逸主发动机金属壳体圆筒的板材卷焊成形工艺变为锻件旋压成形工艺;成功完成了推进剂药浆混合工艺由卧式向立式混合机的转变;引进一批高精尖新型数字化设备……
对于四院的逃逸固体发动机研制团队来说,他们在交会对接任务中的使命已经完成。此刻,他们的目光正瞄向“发动机推力可调、确保逃逸塔带领飞船‘自然柔和’落地”等前沿研究方向。这样,逃逸塔一旦派上用场,它作为一个独立飞行器,将为航天员提供更加安全舒适的返回条件。 图为逃逸塔被安装到火箭上。摄影 宿东
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