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航天工程专家详解:新“长二F”,新在哪里

发布时间:2011年09月29日 06:27 | 进入复兴论坛 | 来源:人民日报


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  天宫一号发射在即,这次谁来把“天宫”送上天?答案是——有着“神箭”之称的长征二号F火箭。

  与3年前发射神舟七号载人飞船的长二F火箭相比,此次发射天宫一号目标飞行器的长二F火箭有超过170项技术状态的变化,载人航天工程运载火箭系统总设计师荆木春说:“这样规模的变化,相当于再造一枚全新火箭。”

  根据天宫一号体积调整,火箭整流罩相应增大

  荆木春介绍说,改进型长二F火箭具有发射天宫一号目标飞行器和飞船的两个状态,运载能力分别为8.6吨和8.1吨,比传统状态的“长二F”提高了0.6吨和0.1吨。

  由于此次目标飞行器不载人,长二F火箭取消了逃逸塔装置。

  在发射“天宫一号”时,火箭外形上的最大变化是整流罩。整流罩位于火箭顶端,有着火箭的“皇冠”之称。火箭升空前,整流罩在地面保护飞船或卫星,保证飞船或卫星对温度、湿度、洁净度的要求。而在火箭升空穿过大气层时,整流罩可以使飞船或卫星免受气动力和气动热损伤。

  “改进型长二F火箭整流罩长度为12.7米,最大直径为4.2米,是目前国内最大的整流罩。它是根据天宫一号的体积相应调整的。”火箭系统副总设计师张智说,天宫一号体积比之前的神舟飞船都要大,因此整流罩也要相应变大。同时,整流罩头部设计采用流线式的冯·卡门曲线,能更好地减小空气阻力,减轻载荷影响。

  冯·卡门曲线头部涉及很多复杂的加工工艺以及材料成型问题,具有很高的技术难度。“长二F”研制团队在进行了一系列艰苦的工艺攻关、论证后,才最终将采用冯·卡门曲线的整流罩从理论变成现实。

  置换了全新“大脑”,可提高入轨精度

  要圆满完成空间交会对接任务,对火箭的控制系统提出了更高的要求。

  据荆木春介绍,改进型长二F火箭的控制系统是个全新的系统,从使用的方案、原理、具体设备、软硬件等方面与传统状态的“长二F”相比,发生了很大变化,相当于给火箭置换了一个全新的“大脑”。

  惯性测量组合是火箭控制系统的核心,也是影响火箭入轨精度的关键部件。和以前相比,改进型长二F火箭控制系统采用两套惯组作为测量装置。

  在制导方式上,火箭系统副总设计师宋征宇介绍说,此次火箭的制导方式首次使用了迭代制导技术。

  迭代制导是随着现代计算机技术和最优控制理论发展而出现的一种自适应制导技术,可根据火箭当前的速度、位置以及预估的入轨点,不断调整自己的飞行轨迹。

  “打个比方,家住五环路,工作单位在三环路。摄动制导给你规定好了具体路径,而迭代制导只是告诉你目的地,并不限制具体路径。”荆木春说。

  据了解,首次交会对接任务对天宫一号的入轨精度并没有很高要求,但对神舟八号入轨精度要求很高。因此,科研人员选择了两套制导方案:当发射目标飞行器时,火箭仅采用摄动制导;当发射飞船时,火箭采用“摄动+迭代”组合制导。

  可靠性指标和安全性指标均为火箭家族中最高

  除了整流罩的外形变化,火箭箭体结构系统的助推器内部顶端的形状也发生了变化,由原来的椭球形改成锥形。荆木春表示:“这样做是为了能够承载更多推进剂,使火箭的运载能力提高了100多公斤。”

  改进型长二F火箭,还对箭体内部的动力系统采取了15项改进措施,来提高火箭的可靠性。目前,长二F火箭的可靠性指标为0.97,安全性指标达到0.997,是火箭家族中最高的。

  8月18日,“长征二号丙”运载火箭发射“实践十一号04”卫星,火箭在飞行过程中发生故障,卫星未能进入预定轨道。

  航天科技集团公司迅即开展了数据分析、计算仿真和试验验证工作,查明了故障原因,制定了改进措施,对包括天宫一号发射任务在内的同系列火箭进行了“举一反三”和改进。荆木春表示,“通过‘举一反三’,提前发现了运载火箭的一些薄弱环节,并且采取改进措施,进一步提高了火箭的可靠性”。