一枚火箭在将要完成使命的时候,会留下一封“长信”,把它点火后短暂而绚丽的飞行历程详细记述下来。但在数十万米高空,在熊熊燃烧的烈焰之中,这封天外飞书如何平安回到地面,完好地到达收信人手中呢?
中国航天科技集团公司九院704所就承担着这项“把信送给加西亚”的任务。
“烈火金刚”的诞生
在第一级火箭内部的两个燃料箱之间,有一个叫做回收式采编存储器的设备,它俗称“黑匣子”,隶属于火箭的遥测系统,负责火箭飞行过程中重要参数的测量、存储、保护和回收。
通俗地讲,“黑匣子”就是一个装在火箭上穿着坚实防护衣的优盘。它在火箭一二级分离的时刻被释放出来,耗尽的一级发动机经爆破与二级分离,在数十万米高空,“黑匣子”与一级发动机残骸一起起爆、燃烧、坠落。在这个过程中它要承受数万倍重力加速度的冲击、一级发动机残余燃料的炙烤、大气层的摩擦以及着陆瞬间坚硬物的撞击。
电子设备的娇气程度我们生活中就有领教,冬天手上的静电都可能让磁盘损坏、数据丢失,而记载着火箭飞行过程的数据对航天人来说比钻石还要宝贵,想尽一切办法也要把它保护好。
因此,这个“黑匣子”从磁盘本身到外层保护壳的设计都有着极高的要求,远非普通人所能想象。
为了让“黑匣子”成为千锤百炼全不怕的“烈火金刚”,设计人员煞费苦心、“软硬兼施”,给这块珍贵的优盘选择了应对不同情况的多层保护外壳:或坚如铁、或柔如水、或耐火烧、或防浸泡,层层保护、严加防范。每一层的材料在千挑万选之后,还要特殊设计、定制加工。
残酷的验证试验
经过设计、仿真分析、设计改进、再仿真分析的过程,“黑匣子”样机才能被生产出来,然后还要通过试验来验证它的承受能力。
因为无法真实复制“黑匣子”的下落全过程,研制人员只能靠地面等效试验来进行验证,为了留有裕量应对突发因素,每个试验设置的条件都要比真实环境更残酷恶劣。
强冲击试验采用炮击方式进行,等效“黑匣子”撞击地面时产生的极高过载,5倍的重力加速度持续5秒~10秒就足以使正常人体失去知觉,而试验中加载的冲击相当于重力加速度的数万倍。
在高温火烧试验中,它要置身于1200摄氏度的燃烧炉中长达30分钟,相当于“黑匣子”正常下落时间的数倍。只有经受住类似的种种残酷试验,保证存储的数据完好无缺,这样的设计才能获得通过。
奇妙的投递过程
经过重重考验的“黑匣子”回到地球,但是它的奇妙旅程并没有就此结束。计算出的落点实际上仍然对应着一大片广袤的土地,火箭的姿态、剩余燃料的燃烧和爆炸对它的最终落点影响都会很大,而且我国西北部地广人稀,多沙漠和草场,这两种地形对黑匣子的最终回收都很不利。
在种种专业的搜寻方案之外,有一种给“黑匣子”“扎头绳”的方案最为有趣,就是在它的外面捆扎上五颜六色、长达数米的彩带。
“黑匣子”下落时,彩带在空中划出彩虹般的弧线,映衬在蓝天白云之下非常炫目。这样,由搜索人员组成的搜寻队就会被彩带吸引而找到它。去年发射神舟八号火箭的“黑匣子”就是通过这种方式成功回收的。(孙丁玲 赵玮)
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