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“神箭”“神舟”再牵手 打赢中国空间站在轨建造阶段载人飞行首战

来源:科技日报 发表于  2021-06-18 14:51:04

6月17日,在北京航天飞行控制中心,科研人员在监测神舟十二号载人飞船与天和核心舱自主快速交会对接情况。新华社记者 金立旺摄

6月17日9时22分,由航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院(以下简称火箭院)抓总研制的长征二号F遥十二运载火箭划破苍穹,成功将载有3位航天员的神舟十二号载人飞船送入预定轨道。

我国载人航天工程空间站在轨建造阶段首次载人发射取得圆满成功,为后续任务顺利实施奠定了坚实基础。

航天员“专列”迎战高密度发射

素有“神箭”美誉的长二F火箭,是专门为我国载人航天工程研制的火箭,也是目前我国唯一一型载人运载火箭。

1992年立项、1999年首飞,近30年来,长二F火箭全程参与了中国载人航天工程“三步走”战略,共执行十余次任务,将12名、17人次航天员送入太空。

2021年是我国载人航天工程空间站在轨建造任务开局之年,长二F火箭今明两年计划执行4次发射任务,发射密度前所未有。未来几年,长二F火箭还将继续以每年两发的高频率执行发射任务,在我国空间站在轨建造、运营过程中担纲重任。

为迎战高密度发射,中国航天史上这辆技术最复杂、可靠性和安全性最高的航天员“专列”,进行了多项技术改进,其可靠性和安全性再上新台阶。

火箭可靠性刷新纪录

据火箭院长二F火箭总指挥荆木春介绍,长二F遥十二火箭共进行109项技术状态更改,其中有70余项与可靠性提升相关。这些改进不涉及重大技术状态变化,主要是为了消除薄弱环节。

如针对发动机点火失效风险,将主机传火孔直径从4毫米改为6毫米,进一步提升点火可靠性;根据位置不同,对发动机二级游机推力室喷注口提出更加精细的角度设计要求,使推进剂能够更加充分地融合、更加高效地燃烧,为火箭提供强劲动力……

每一处改进背后都有无数次的理论分析、数学仿真和试验验证。这支精益求精的队伍最终将长二F火箭的可靠性从指标要求的0.97提升到0.9894,再次刷新其自身纪录,处于世界前列。

保证航天员安全“万无一失”

长二F遥十一火箭在发射神舟十一号飞船时,安全性评估值达0.997,但研制队伍在追求安全性的道路上从未止步。为确保航天员安全,遥十二火箭逃逸安控体制进行了更改,提高了保密安全性能和抗干扰性能。控制逃逸发动机新增了点火功能,进一步提高了火箭的安全性。

假如火箭突发意外情况,逃逸系统启动,逃逸飞行器像“拔萝卜”一样带着返回舱飞离故障火箭。返回舱与逃逸飞行器分离后,打开降落伞,缓慢降落到地面。

但开伞过程中,返回舱会受到地面低空风的极大影响。

以前逃逸飞行器只能往一个固定的方向逃逸,存在一定的安全风险。研制人员在现有的控制逃逸发动机的基础上,通过对软件进行调整,新增发动机点火功能,使逃逸飞行器可以向垂直于地面风的方向逃逸,更加安全灵活。“比如说,地面刮的是南风或北风,现在我的逃逸能力提升了,可以提前选择与南风或北风垂直的东方向逃逸,避开地面风。”火箭院长二F火箭总体主任设计师常武权说。

逃逸系统改进后,火箭安全性评估值达0.99996这一国际先进水平。常武权通俗地解释了小数点后这一串数字的意义,“就目前的技术状态,长二F火箭需要发射十万次,才会有4次逃逸失败,平均一万次发射,还不到一次逃逸失败的情况。在保障航天员安全方面,它比‘万无一失’更厉害。”

首次采用起飞滚转技术

本次发射中,长二F火箭还首次采用了起飞滚转技术,更加灵活。

以往,长二F火箭的任务较为单一,射向基本一致,火箭点火起飞后,经过俯仰转弯等姿态调整,直接瞄准一个固定的射向,在一个射面内飞行即可。但后续空间站在建造和长期运营过程中,轨道倾角会有0.1°到0.5°的变化范围。

根据任务特点,型号队伍从火箭自身出发,在载人状态的长二F火箭上首次应用起飞滚转技术,使火箭起飞后在空中转体,转到合适的角度后,再飞向任务要求的方向。采用该技术以后,长二F火箭更加灵活,任务适应能力也进一步提高。

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