我國首型“混動版”長征運載火箭面世

2022-03-31 09:42:42來源:科技日報

       “3、2、1,點火,起飛!”3月29日17時50分,太原衛星發射中心,中國航天科技集團八院抓總研制的我國首型固體捆綁運載火箭長征六號改(以下簡稱長六改),宛如一條巨龍噴涌著熊熊烈焰直奔蒼穹,成功將浦江二號和天鯤二號衛星送入預定軌道,首次發射任務取得圓滿成功。

  長六改運載火箭作為我國第一型“混合動力”的新一代長征系列運載火箭,在技術難度高、系統復雜的航天領域也玩了一把“跨界合作”——長六改運載火箭充分結合了固體動力推力大、響應快,液體動力推力穩、比沖高的優勢,首次采用液體芯級捆綁四枚固體助推器,實現了我國固體捆綁等一系列技術新突破,為我國新一代運載火箭的創新發展奠定了堅實基礎。

  “固液混動”輸出動力強勁又“舒適”

  固體發動機推力大、簡單可靠的特點在長六改運載火箭上體現得淋漓盡致。芯一級捆綁了4臺以固體燃料為動力的助推器,單枚助推推力可達120噸,刷新了長征系列運載火箭最快“起跑”紀錄,可以說,“如利劍出鞘”。

  同時,借助固體發動機結構相對簡單、部組件少、可靠性高、操作維護方便、貯存時間長的優勢,長六改運載火箭箭上管路系統減少55%、可實現固體助推器在發射場直接安裝、并實現捆綁火箭14天快速發射。

  中國航天科技集團四院長六改固體發動機總設計師王健儒介紹,長六改運載火箭捆綁的四枚分段式固體助推發動機由四院自主研制,這是四院的分段式固體發動機首次上天飛行、首次實現型號工程化應用,實現了固體運載技術的跨越式發展。

  此外,如此龐大的“硬漢子”可不是人們想象中的“糙漢子”。為克服在飛行過程中固液發動機聯合工作帶來的復雜力、熱環境,研制人員建立了全面完整的捆綁火箭力學環境條件設計方法體系和氣固兩相噴流底部熱環境預示模型,國內首次定量描述了聲致振動特性,通過精準預示和控制措施,有效確保了長六改火箭上“乘客”的乘坐舒適性。

  “肩扛+托舉”使捆綁更牢靠

  長六改運載火箭通過“前端輔助傳力+后端主傳力”的捆綁連接解鎖裝置,相當于利用“肩扛+托舉”兩種力量,實現助推器與芯級的連接。為進一步優化結構重量,長六改運載火箭打造了一款輕量化捆綁連接解鎖裝置,在運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”后與芯級安全分離是火箭飛行過程中最關鍵的分離程序之一。為在惡劣的力熱環境、發動機后效推力、氣動阻力等復雜情況下確保助推器和芯級安全分離,研制團隊合理選擇分離動力源并優化布局,結合分離時序等設計,消除了眾多干擾因素對分離的影響,確保助推器分得開、分得穩。同時,在研制階段,長六改運載火箭還成功實施了3次固體助推捆綁地面分離試驗,進一步驗證了助推分離技術方案的正確性。

  讓火箭優雅端莊信步蒼穹

  長六改運載火箭在飛行過程中,芯級與助推器發動機都要擺動,共同參加火箭的姿態控制,但由于兩種發動機的特點不同、伺服機構的動態特性不同,芯級與助推器之間勢必存在相互干擾,對火箭的穩定飛行會帶來不利影響。

  為此,長六改運載火箭創新性采用聯合搖擺控制方案,通過優化不同飛行階段的擺角分配策略,克服了火箭在飛行過程受到的諸多干擾,讓火箭優雅端莊、信步蒼穹。

  在固體助推器分離的瞬間,失去了大推力固體發動機的加持,火箭可能會面臨“空中大剎車”的局面,為此,火箭控制系統會在助推分離前對固體發動機的工作狀態進行智能監測,將整箭控制策略從最初的聯合擺動控制平穩過渡到芯級單獨控制,從而最大程度地保證了火箭拋掉助推前后的穩定飛行。

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