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嫦娥五号探测器系列报道
更新日期:2020-11-28    作者:网络综合    编辑:admin    点击量:9579

“奔火”又“探月” 长征五号运载火箭基本型已趋于成熟

来源:央广网新闻

2020-11-24

 

央广网文昌20201124日消息:据中央广播电视总台中国之声《新闻纵横》报道,24日早上,长征五号遥五运载火箭在中国文昌航天发射场成功点火升空,成功将嫦娥五号探测器送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。这是长征五号运载火箭基本型,也就是我们熟悉的“胖五”第五次“问天之旅”。

“奔火”之后又“探月”,“胖五”本领着实不小。事实上,“胖五”火箭最早立项的目的就是用来将探测器成功发射到月球上的。终于完成任务的“胖五”经历了怎样的变化?

作为我国首型5米芯级直径的新一代大推力运载火箭,长征五号自2006年工程立项以来,研制队伍突破了以大直径箭体结构设计制造与试验、三型大推力发动机等为代表的12大类247项关键技术,解决了复杂力热环境、大推力火箭发动机燃烧不稳定抑制等世界性难题,掌握了一批具有自主知识产权的新技术,可将约25吨的有效载荷送入近地轨道,或者将14吨的有效载荷送入地球同步轨道,其运载能力、运载效率等重要性能指标均居世界先进水平。航天科技集团一院长征五号运载火箭主任设计师黄兵说:“长征五号在研制初期,本身的使命也是瞄着要尽最大的能力去为我们国家的深空探测作努力和作贡献。包括月球探测、火星探测,乃至后面空间站的建设,实际上从一开始就已经作为长征五号的一个使命和责任在里头。”

此次“胖五”要护送的小伙伴嫦娥五号总重量8.2吨,要把这么重的航天器安全、稳妥地推送到月球轨道,“胖五”是怎么做到的呢?

首先,它的力气要够大。俗话说,一个篱笆三个桩。一枚好“箭”四个帮。“长五”火箭是我国首个采用助推器支撑的捆绑火箭,4个直径为3.35米的助推器,各自相当于一枚单级运载火箭。四个“帮手”一起为“长五”提供90%以上的起飞推力,这才能将嫦娥五号探测器送到地月转移轨道。特别是助推器,采用的是目前国内最先进的“斜头锥”结构。黄兵介绍说:“实际上你把它放平了,它的形状就跟高铁差不多。高铁为什么要设计成这样一个形状?因为流线型阻力最小。第二,它会提升一些运载能力。第三,气流流动环境好了以后,它产生的噪音也会小很多,加上里面的一些设备,环境好了,工作起来也高兴一些。再加上从美学上来讲,我们确实觉得也挺漂亮的。”

第二,它还要选择最优线路。本次任务发射窗口受地月移动规律影响,窗口期较短,只有三天——112天,121天。常规下,一枚火箭有一条轨道就行了,这次“胖五”则优化了设计。每天连续50分钟的主份和备份多弹道奔月发射方案,称为“窄窗口多轨道”设计。航天科技集团一院长征五号火箭总体副主任设计师李平岐解释说:“为了拓展发射窗口,尽量确保我们整个工程任务的实施,每条弹道可以覆盖10分钟的一个窗口,这样通过这5条弹道,可以实现50分钟的一个发射窗口。”

也就是说,如果在第一个10分钟内发射,选择第一条轨道,如果在第二个10分钟内发射,就选择第二条……可根据发射时间通过软件自动选择发射轨道。黄兵说,这样不但能减少轨道偏差的修正次数,而且“胖五”也给嫦娥五号省了不少力气。他说:“给我们的月球探测器提供一个最佳的位置,让它到天上去以后省最多的能量,来供它以后的飞行用。我们这个技术相当于是已经在火星探测器上首先得到一个初步的验证了。”

第三,它还要掌握一个高难度动作——长时间滑行。点火升空后,“胖五”要飞行2000多秒才能够到达地月转移轨道。而滑行是指火箭主发动机关机后,火箭靠惯性向前飞行。听上去丝毫不费力气,但实际上,长时间滑行对一枚火箭特别是零下200多度的“冰箭”来说,可是个不小的考验。航天科技集团一院长征五号副总设计师朱曦全解释说:“从长征五号火箭二级发动机一次关机到再次点火,中间要间隔最长约935秒。在这一开一关之间,‘大火箭’需要完成箭体姿态调整、真空状态下推进剂沉底、低温发动机二次启动前预冷等工作,动作非常多。另外,滑行时间越长,火箭在空间辐射影响下的环境变化更加复杂,低温推进剂温度和贮箱承受的压力也在不断地变化,设计人员在研制阶段对‘大火箭’长时间滑行适应性开展了深入细致的研究工作。”

除了这些,“胖五”为了让嫦娥五号的乘坐体验更好,研制人员还开展了大量的器箭联合试验和分析,对它们所处的电磁环境、力学环境、机械接口进行了多轮综合优化。还采用了一种低冲击分离装置,为嫦娥五号定制了专属座椅。朱曦全说:“既要让火箭与探测器的固有频率错开,彼此之间更‘默契’,不产生共振,同时还要让嫦娥五号坐得舒舒服服、稳稳当当。”

这样一枚智能又贴心的“胖五”火箭,可以说是几经波折才能完美蜕变。

201772日,长征五号遥二运载火箭在飞行时出现异常,发射任务失利。此后,经过排查,发现问题出在大推力的氢氧发动机上。航天科技六院长征五号火箭副总设计师王维彬介绍,多年来,在经历了消耗12台发动机的地面试车、7000多秒的考核之后,如今科学家们可以有信心地说,“胖五”的发动机很靠谱。王维彬说:“我们现在基本上对我们自己动力的判断,可能小问题不可避免,甚至一些参数飞行完了或者地面试车完了,有时候还解释不清楚。但是宏观上,对结构、对产品没有造成破坏,还能工作,比如在天上从一个点火到关机,500秒是没问题的。”

而从火箭总体来看,“长五遥二”任务失利之后,到“长五遥三”再度复飞,中间曾经历过200多个大项的优化。如今,黄兵介绍说,从长五遥四到遥五,只经历了30多处小项的更改,甚至团队人员也极少变动。这也标志着“长五”系列运载火箭的基本型已经越来越优化,也越来越成熟。黄兵说:“现在这个阶段我们是控制这种基础状态变化的,哪怕是一根管路变,我们都会把它当成一个技术上的变化。实际上它就是围绕着一个弹道的变化,引发了几个硬件参数上的装订,软件上一条语句的修改,它是这种性质的,都是一些适应性的变化。”

如今,“胖五”代表了我国运载火箭科技创新的最高水平,不仅填补了我国大推力无毒无污染液体火箭的空白,使我国火箭运载能力进入国际先进行列,更是我国由航天大国迈向航天强国的重要标志,为我国新一代运载火箭系列化、型谱化发展奠定了坚实技术基础。朱曦全表示:“‘十四五’期间,长征五号运载火箭还将为我国载人空间站建设贡献力量,计划在未来23年内,应用长征五号B运载火箭,发射载人空间站的核心舱和试验舱,完成载人空间站的主体建设。”

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