作為一個(gè)“混動(dòng)小子”，長(zhǎng)征六號(hào)改運(yùn)載火箭(簡(jiǎn)稱：長(zhǎng)六改)29日從太原衛(wèi)星發(fā)射中心“出發(fā)”了，它是中國(guó)新一代運(yùn)載火箭家族的新成員，“身上”藏著新密碼。
“長(zhǎng)相”：全箭總長(zhǎng)約50米，起飛重量約530噸，在700公里太陽(yáng)同步軌道的運(yùn)載能力不小于4噸。
“身體”：固液搭配，“干活”不累。長(zhǎng)六改采用“固液混動(dòng)配方”，是中國(guó)首型固體捆綁運(yùn)載火箭，1個(gè)“液體芯級(jí)”捆綁著4個(gè)“固體助推器”。液體發(fā)動(dòng)機(jī)性能高、工作時(shí)間長(zhǎng);固體發(fā)動(dòng)機(jī)推力大、工作可靠、使用維護(hù)簡(jiǎn)單。
“帽子”：定制版“皇冠”。長(zhǎng)六改的整流罩是目前中國(guó)最大尺寸的4.2米全透波復(fù)合材料火箭整流罩?！盎使凇辈捎萌覆◤?fù)合材料，減“重”不降“質(zhì)”，讓火箭承得住“皇冠”的同時(shí)，整體“體重”良好。
“飲食”：能自己“吃飯”。長(zhǎng)六改發(fā)射前4個(gè)小時(shí)，全體工作人員從發(fā)射塔架撤離，這比常規(guī)運(yùn)載火箭發(fā)射流程提前了近3.5個(gè)小時(shí)。長(zhǎng)六改“特別自覺(jué)”，會(huì)自己“喂飽”自己，離開地球。在中國(guó)“運(yùn)載火箭家族”中，長(zhǎng)六改因表現(xiàn)突出摘得幾朵“小紅花”：不僅首次采用自動(dòng)對(duì)接加注(“吃飯”)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程全流程推進(jìn)劑自動(dòng)加注;還首次采用零秒脫落技術(shù)，讓火箭箭地連接器在起飛瞬間自動(dòng)脫落。
“健康”：在中國(guó)運(yùn)載火箭家族中，長(zhǎng)六改首次采用了伺服系統(tǒng)在線故障診斷與自適應(yīng)重構(gòu)技術(shù)，火箭飛行過(guò)程中，當(dāng)某臺(tái)伺服機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)，智能“大腦”會(huì)根據(jù)自我診斷后的結(jié)果，重新進(jìn)行計(jì)算，并分配控制指令，實(shí)現(xiàn)火箭飛行的智能控制。
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。
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掉助推前后的穩(wěn)定飛行。
長(zhǎng)征六號(hào)改運(yùn)載火箭是我國(guó)首型固體捆綁火箭。與常規(guī)的運(yùn)載火箭點(diǎn)火流程不同，火箭發(fā)射時(shí)，運(yùn)載火箭芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)先點(diǎn)火，四個(gè)固體發(fā)動(dòng)機(jī)助推器再點(diǎn)火。不過(guò)，固體發(fā)動(dòng)機(jī)一旦點(diǎn)火就無(wú)法緊急關(guān)機(jī)。因此，在固體助推器點(diǎn)火為火箭提供強(qiáng)大起飛推力前，需要對(duì)火箭芯級(jí)液體發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行診斷。中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司八院長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭的設(shè)計(jì)師們?yōu)槠渑渲昧艘晃弧敖】倒芗摇?，即發(fā)動(dòng)機(jī)健康診斷系統(tǒng)。
其實(shí)，我國(guó)的液體運(yùn)載火箭都有一套緊急關(guān)機(jī)系統(tǒng)，這套系統(tǒng)通常設(shè)置在地面機(jī)柜中，一旦遇到緊急情況，地面設(shè)備可以發(fā)出關(guān)機(jī)指令。長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭的設(shè)計(jì)師們把這套系統(tǒng)搬到了火箭上，這個(gè)經(jīng)集成化、小型化設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)，雖然僅有一本B5書的大小，但其強(qiáng)大的芯片運(yùn)算能力、快速精準(zhǔn)采集發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷的本事卻不可小覷。
在芯級(jí)液體發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后的2.5秒，健康診斷系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)診斷窗口;2.5至2.8秒，在短短的0.3秒內(nèi)，這位“健康管家”需要在前期收集的大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀況進(jìn)行診斷：若監(jiān)測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)存在問(wèn)題，要在須臾間完成故障發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)緊急關(guān)機(jī)，確保固體助推器不再執(zhí)行點(diǎn)火程序，可謂是“最強(qiáng)大腦”。設(shè)計(jì)師們還為火箭配置了三套相同的診斷系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行同時(shí)診斷，如果有兩套及以上系統(tǒng)診斷同時(shí)判斷故障存在，才確定為發(fā)動(dòng)機(jī)故障。
健康診斷系統(tǒng)要想正常工作，必須要有一個(gè)健康的“體魄”，要健康到什么程度呢?長(zhǎng)六改運(yùn)載火箭的芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)為低溫液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，液氧的溫度為零下183℃，哪怕在設(shè)計(jì)師提供的“隔水隔熱服”的保護(hù)下，健康診斷系統(tǒng)周圍的環(huán)境依然在零下40℃;發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后，周圍的溫度驟升為130℃，且伴隨著強(qiáng)烈振動(dòng)，工作環(huán)境極其惡劣。為此，型號(hào)團(tuán)隊(duì)根據(jù)火箭起飛時(shí)刻的環(huán)境進(jìn)行了大量驗(yàn)證試驗(yàn)，終于練就了令設(shè)計(jì)師滿意的產(chǎn)品。
本次發(fā)射的長(zhǎng)征六號(hào)改運(yùn)載火箭，不僅燃料特殊，整個(gè)火箭的研制也采用了模塊化、組合化、系列化的模式，可以像搭積木一樣造火箭。那么，模塊化造火箭到底有什么好處?又是怎樣實(shí)現(xiàn)的呢?
長(zhǎng)征六號(hào)改運(yùn)載火箭沿用了長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭的設(shè)計(jì)理念，令火箭的模塊產(chǎn)品盡可能通用，打造多種構(gòu)型，匹配不同任務(wù)需求。
航天科技集團(tuán)八院長(zhǎng)征六號(hào)改運(yùn)載火箭總指揮洪剛表示，像我們目前新一代運(yùn)載火箭當(dāng)中，長(zhǎng)征五號(hào)火箭、長(zhǎng)征七號(hào)火箭和長(zhǎng)征八號(hào)火箭都是通過(guò)模塊化、組合化、系列化的這樣一種發(fā)展途徑研制出來(lái)的?？梢酝ㄟ^(guò)不同助推模塊的組合形成光桿、捆綁兩個(gè)固體助推、兩個(gè)通用芯級(jí)液體助推等構(gòu)型。
采用模塊化火箭制造后，研制人員可以針對(duì)不同的任務(wù)來(lái)快速調(diào)節(jié)火箭構(gòu)型，最大程度減少準(zhǔn)備時(shí)間，降低火箭發(fā)射成本。通過(guò)通用升級(jí)模塊，像搭積木一樣形成多種構(gòu)型，滿足不同運(yùn)載能力需求的系列化火箭，研制更高效，組合更加靈活，性價(jià)比更高，產(chǎn)品和技術(shù)更成熟，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)的基礎(chǔ)。
長(zhǎng)征五號(hào)是新一代大型兩級(jí)低溫液體捆綁式運(yùn)載火箭，于2016年11月完成首次飛行試驗(yàn)。今后將承擔(dān)探月工程三期探測(cè)器、載人航天空間站試驗(yàn)艙等發(fā)射任務(wù)。長(zhǎng)征五號(hào)研制成功后，其綜合性能指標(biāo)與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)。
長(zhǎng)征五號(hào)乙運(yùn)載火箭是以發(fā)射空間站艙段任務(wù)為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)的大型近地軌道液體運(yùn)載火箭，以長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)研制，按照“通用化、組合化、系列化”要求，遵循技術(shù)共用和產(chǎn)品化設(shè)計(jì)的原則，充分繼承長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭研制基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，并提高運(yùn)載能力和可靠性，滿足空間站工程任務(wù)要求。
長(zhǎng)征七號(hào)是新一代中型兩級(jí)液體捆綁式運(yùn)載火箭，是為了滿足空間站工程發(fā)射貨運(yùn)飛船而研制的新一代中型運(yùn)載火箭。貨運(yùn)飛船作為向空間站及空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)送貨物和推進(jìn)劑等物資的使者，被親切地稱為太空中的“快遞小哥”。
長(zhǎng)征七號(hào)甲是基于長(zhǎng)征七號(hào)的新一代中型高軌三級(jí)液體捆綁式運(yùn)載火箭，火箭主要用于地球同步軌道衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力為7噸，填補(bǔ)我國(guó)地球同步轉(zhuǎn)移軌道5.5噸到7噸之間運(yùn)載能力的空白。
長(zhǎng)征八號(hào)是新一代中型兩級(jí)液體捆綁式運(yùn)載火箭，火箭可從文昌和酒泉發(fā)射。全箭總長(zhǎng)50.3米，芯一級(jí)直徑3.35米，二級(jí)直徑3米，單個(gè)助推器直徑2.25米，火箭起飛質(zhì)量約356噸，主要用于發(fā)射近地軌道或太陽(yáng)同步軌道有效載荷，可以把約5噸的有效載荷送入700公里太陽(yáng)同步軌道。
長(zhǎng)征十一號(hào)是長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭中唯一一型固體運(yùn)載火箭，可在不同發(fā)射場(chǎng)、海上和陸地實(shí)施發(fā)射。火箭全長(zhǎng)近21米，重58噸，起飛推力120噸，兼容2米和1.6米兩款整流罩，可將500公斤的有效載荷送入500公里的太陽(yáng)同步軌道。長(zhǎng)征十一號(hào)運(yùn)載火箭具備小時(shí)級(jí)發(fā)射、適應(yīng)復(fù)雜發(fā)射環(huán)境、基于民用船舶實(shí)現(xiàn)海上發(fā)射等特點(diǎn)，截至目前火箭已在西昌、酒泉、海上進(jìn)行過(guò)發(fā)射，具備很強(qiáng)的適應(yīng)性。
立足未來(lái)國(guó)際航天發(fā)展趨勢(shì)，為保持航天運(yùn)輸系統(tǒng)先進(jìn)水平，我國(guó)規(guī)劃了新一代長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭型譜。當(dāng)前，我國(guó)新一代運(yùn)載火箭已集體亮相，逐漸在密集、復(fù)雜的航天任務(wù)中擔(dān)當(dāng)重任，中國(guó)運(yùn)載火箭發(fā)展邁入綠色無(wú)污染的新階段，運(yùn)載能力達(dá)到世界一流水平。
與現(xiàn)役運(yùn)載火箭相比，新一代運(yùn)載火箭的推出是又一次巨大的技術(shù)跨越，不僅采用無(wú)毒、無(wú)污染的推進(jìn)劑，而且運(yùn)載能力成倍增長(zhǎng)，令我國(guó)進(jìn)入空間能力大幅提高。隨著新一代長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭的發(fā)展和完善，目前現(xiàn)役的運(yùn)載火箭將逐步退出歷史舞臺(tái)，實(shí)現(xiàn)新老火箭全面交替，使我國(guó)的運(yùn)載火箭技術(shù)水平實(shí)現(xiàn)新跨越。
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