我國(guó)首型“混動(dòng)版”長(zhǎng)征運(yùn)載火箭面世

“3、2、1，點(diǎn)火，起飛!”3月29日17:50，太原衛(wèi)星發(fā)射中心，中國(guó)航天科技集團(tuán)八院抓總研制的我國(guó)首型固體捆綁運(yùn)載火箭長(zhǎng)征六號(hào)改(以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)六改)，宛如一條巨龍噴涌著熊熊烈焰直奔蒼穹，成功將浦江二號(hào)和天鯤二號(hào)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，首次發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭作為我國(guó)第一型“混合動(dòng)力”的新一代長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭，在技術(shù)難度高、系統(tǒng)復(fù)雜的航天領(lǐng)域也玩了一把“跨界合作”——長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭充分結(jié)合了固體動(dòng)力推力大、響應(yīng)快，液體動(dòng)力推力穩(wěn)、比沖高的優(yōu)勢(shì)，首次采用液體芯級(jí)捆綁四枚固體助推器，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)固體捆綁等一系列技術(shù)新突破，為我國(guó)新一代運(yùn)載火箭的創(chuàng)新發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“固液混動(dòng)”搭配出理想“專列”

固體發(fā)動(dòng)機(jī)推力大、簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)在長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭上體現(xiàn)得淋漓盡致。芯一級(jí)捆綁了4臺(tái)以固體燃料為動(dòng)力的助推器，單枚助推推力可達(dá)120噸，刷新了長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭最快“起跑”紀(jì)錄，可以說(shuō)“如利劍出鞘”。

同時(shí)，借助固體發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、部組件少、可靠性高、操作維護(hù)方便、貯存時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭箭上管路系統(tǒng)減少55%、可實(shí)現(xiàn)固體助推器在發(fā)射場(chǎng)直接安裝、并實(shí)現(xiàn)捆綁火箭14天快速發(fā)射。

孫公明?攝

中國(guó)航天科技集團(tuán)四院長(zhǎng)六改固體發(fā)動(dòng)機(jī)總設(shè)計(jì)師王健儒介紹，長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭捆綁的四枚分段式固體助推發(fā)動(dòng)機(jī)由四院自主研制，這是四院的分段式固體發(fā)動(dòng)機(jī)首次上天飛行、首次實(shí)現(xiàn)型號(hào)工程化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了固體運(yùn)載技術(shù)的跨越式發(fā)展。

此外，如此龐大的“硬漢子”可不是人們想象中的“糙漢子”。為克服在飛行過(guò)程中固液發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合工作帶來(lái)的復(fù)雜力、熱環(huán)境，研制人員建立了全面完整的捆綁火箭力學(xué)環(huán)境條件設(shè)計(jì)方法體系和氣固兩相噴流底部熱環(huán)境預(yù)示模型，國(guó)內(nèi)首次定量描述了聲致振動(dòng)特性，通過(guò)精準(zhǔn)預(yù)示和控制措施，有效確保了長(zhǎng)六改火箭上“乘客”的乘坐舒適性。

“肩扛+托舉”使捆綁更牢靠

長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭通過(guò)“前端輔助傳力+后端主傳力”的捆綁連接解鎖裝置，相當(dāng)于利用“肩扛+托舉”兩種力量，實(shí)現(xiàn)助推器與芯級(jí)的連接。為進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)重量，長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭打造了一款輕量化捆綁連接解鎖裝置，在運(yùn)載火箭停放和飛行階段下可承受并有效傳遞軸向和徑向載荷。

作為一枚捆綁火箭，助推器完成“使命”后與芯級(jí)安全分離是火箭飛行過(guò)程中最關(guān)鍵的分離程序之一。為在惡劣的力熱環(huán)境、發(fā)動(dòng)機(jī)后效推力、氣動(dòng)阻力等復(fù)雜情況下確保助推器和芯級(jí)安全分離，研制團(tuán)隊(duì)合理選擇分離動(dòng)力源并優(yōu)化布局，結(jié)合分離時(shí)序等設(shè)計(jì)，消除了眾多干擾因素對(duì)分離的影響，確保助推器分得開、分得穩(wěn)。同時(shí)，在研制階段，長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭還成功實(shí)施了3次固體助推捆綁地面分離試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了助推分離技術(shù)方案的正確性。

讓火箭優(yōu)雅端莊信步蒼穹

長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭在飛行過(guò)程中，芯級(jí)與助推器發(fā)動(dòng)機(jī)都要擺動(dòng)，共同參加火箭的姿態(tài)控制，但由于兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)不同、伺服機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性不同，芯級(jí)與助推器之間勢(shì)必存在相互干擾，對(duì)火箭的穩(wěn)定飛行會(huì)帶來(lái)不利影響。

為此，長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭創(chuàng)新性采用聯(lián)合搖擺控制方案，通過(guò)優(yōu)化不同飛行階段的擺角分配策略，克服了火箭在飛行過(guò)程受到的諸多干擾，讓火箭優(yōu)雅端莊、信步蒼穹。

在固體助推器分離的瞬間，失去了大推力固體發(fā)動(dòng)機(jī)的加持，火箭可能會(huì)面臨“空中大剎車”的局面，為此，火箭控制系統(tǒng)會(huì)在助推分離前對(duì)固體發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)，將整箭控制策略從最初的聯(lián)合擺動(dòng)控制平穩(wěn)過(guò)渡到芯級(jí)單獨(dú)控制，從而最大程度地保證了火箭拋助推前后的穩(wěn)定飛行。

關(guān)鍵詞： 運(yùn)載火箭 發(fā)動(dòng)機(jī)的 中國(guó)航天 飛行階段 長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭