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        硬核長五B的溫柔一面:歡迎“問天”乘坐“頭等艙”
        • 來源:中國科普網
        • 作者:史詩 付毅飛
        • 2022-07-25 09:39

        火箭就像太空列車,為每一名前往太空的“乘客”提供“頭等艙”的優質服務,讓乘客舒心滿意地乘坐。

        大暑時節、又在低緯高溫之地發射,問天實驗艙(以下簡稱問天)前往太空旅程的過程中,長五B火箭又提供了哪些不一樣的精細化服務和保護呢?


        長征五號B遙三運載火箭


        “問天”會熱得“出汗”嗎?


        長五B火箭整流罩直徑超過5米、高度超過20米,相當于一節動車車廂,在國內現役火箭中算得上頭等的充??臻g。

        “問天”是我國目前發射的重量最大、包絡尺寸最大的載荷。長五B遙三火箭結構總體設計師王乾說,生產初期,研制團隊采用三維視覺掃描等技術,對整流罩以及“問天”的尺寸精準仿真,反復詳細校核,確認了關鍵位置的安全間隙,確保在飛行、分離的過程中,“問天”享有足夠的空間。

        7月的文昌航天發射場烈日炎炎,“問天”坐在整流罩里,也會熱得“出汗”嗎?

        王乾說,不同于常規整流罩的一個送風口,長五B火箭整流罩設置上下兩路送風口擴大供風量,滿足超大空間送風要求,確保罩內始終保持適宜的溫濕度標準。

        火箭飛行過程中要承受非常惡劣的熱學環境、力學環境和噪聲環境,長五B火箭整流罩采用流線型的馮·卡門曲線外形,大大降低了火箭在大氣飛行中的氣動加熱,保護問天免受飛行環境的干擾。研制人員還在整流罩的外側粘接了軟木隔熱材料,進一步減輕穿越大氣層時的炙熱。

        前不久,在星罩組合體轉運和火箭轉運至發射區過程中,長五B全程冷鏈運輸,持續保證空調向罩內輸送常溫干燥空氣,保障問天的舒適度。

        此外,大推力直接入軌、起飛時間偏差修正,優化發射流程、遠程測試網絡等技術和手段的應用,也都是研制人員為這位重要“乘客”的貼心付出。


        “大沙發”護送有保障


        艙箭分離后,細心的小伙伴們可能會發現,在問天的尾部,有兩條圓形的框架,就好像實驗艙坐在什么東西上……

        這其實是個“大沙發”!它由兩條圓形隔沖框組成,內部引入了“顆粒阻尼”等新技術,讓分離沖擊在顆粒體的摩擦和碰撞中,迅速地耗散動能,沖擊被降低10倍左右,“坐”起來更舒適。

        問天被送到預定位置后,就要與火箭分離,也就是“到站下車”。這個“下車”可是有講究的。

        中國航天科技集團一院產品化副主任設計師孫璟說,為了讓空間站艙段能夠安全“下車”, 研制團隊研制了一項新的艙箭分離裝置,既能“綁”得住大直徑的空間站艙段,又能快速、可靠、無污染分離。

        但是,在做分離試驗時,卻發現新型分離裝置對分離面的瞬間沖擊高達30000G!這是什么概念?相當于重量1噸的汽車以每小時100千米的速度撞向墻面時所產生的沖擊力,足以讓車和墻瞬間粉碎。

        行不通。因為空間站艙段有許多陶瓷、光學器件,這樣做有可能損壞較脆的零部件。

        孫璟介紹,研制團隊另辟蹊徑,在不改變艙箭連接形式的同時,改善了艙箭之間的連接受力情況,解決了沖擊問題。

        在長五B的細心呵護下,問天踏上了探索星河霄漢之旅。期待它把滿天神話變成現實。


        延伸閱讀

        長五B為首次執行交會對接任務“練”本事



        從“串聯”到“并聯”


        本次發射任務是我國首次5米直徑的大推力運載火箭進行零窗口發射,問天實驗艙上天后需要和天和核心艙進行交會對接。而長五B是低溫火箭,面臨著低溫推進劑加注問題和復雜的射前流程,相比常溫火箭難度大得多。

        一院長五B火箭副總設計師婁路亮表示,各系統只能按時序完成射前指令,把時間消耗在等待上一流程上。

         “我們將各系統耦合性高的工作由‘串聯’變為‘并聯’,為火箭發射前預留了2.5分鐘的故障處理時間?!币辉洪L五B火箭總體副主任設計師劉秉介紹。


        從“追火車”到“乘高鐵”


        此次長五B首次執行快速交會對接任務,要求火箭以更高的發射和飛行可靠性實現準點發射、準確入軌,將問天艙準確送入與核心艙共面、共軌的轉移軌道。這就像火車到站,以前乘客需要“追火車”才能找到自己的車廂,現在的高鐵都是精準對標到地標。

        從“追火車”到“乘高鐵”,入軌精度偏差縮小為空間站艙段交會對接提供了更好的保障,但是也對火箭的動力、結構和控制系統偏差控制水平提出了新的和更高的要求。

        據一院長五B火箭軌道設計師王建明介紹,“‘窄窗口’點火可以提升火箭點火可靠性,為克服地球自轉影響,則需要通過箭上具備起飛時刻偏差修正能力”。

        點火后,火箭依靠更先進的制導技術不斷調整彈道,直奔空間站。一院火箭科普專家錢航說:“這有點像汽車的自動駕駛技術,只是長五B這輛‘汽車’,重達數百噸、時速不可估量,要做到‘自動駕駛’可不容易?!遍L五B創新運用姿態控制增益優化和復合制導方法,從而提高了火箭姿態控制精度。


        從“大包小裹”到“輕裝上陣”


        作為目前我國近地軌道運載能力最大的火箭,長五B近地軌道運載能力超過23噸。此外,問天實驗艙與空間站天和核心艙交會對接形成組合體,需要艙段消耗燃料來變軌滿足對接要求,會造成運載能力的損失。

        為了能搭載更多的推進劑、生活物資等維持空間站在軌運營,長五B團隊對火箭的運載能力進一步評估、折算,扔掉箭體中的“累贅”,釋放了更大的運載能力。

        “如果把發射火箭比作游客出行,那么以前就是出遠門,需要攜帶大包小裹來保障衣食住行之需,而現在更像是臨時出差,輕輕松松帶上必備物品就可以出發了?!眲⒈@樣比喻。

        責任編輯:陳杰
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