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长二丙运载火箭研制团队:火箭残骸实现“指哪儿落哪儿”

文章来源:中国航天科技集团有限公司  发布时间:2019-08-05

7月26日11时57分,我国在西昌卫星发射中心使用安装有栅格舵的长征二号丙运载火箭,成功将遥感三十号05组的3颗卫星送入预定轨道。

当天13时40分,该火箭的一子级残骸在贵州黔南布依族苗族自治州被顺利找到。残骸落点处在预设落区范围内,标志着我国运载火箭首次“栅格舵分离体落区安全控制技术”试验取得成功。我国成为继美国之后世界上第二个掌握此项技术的国家,向运载火箭可重复使用迈出了坚实一步。

徐勤:残骸可控降落意义重大

近年来,随着我国探测太空步伐的加快和对卫星应用需求的增加,运载火箭已经进入高强密度发射阶段。2018年,我国运载火箭发射次数达到39次,位居世界第一。

然而,运载火箭发射后残骸落区的安全问题受到越来越多的关注。虽然科研人员在设计火箭飞行弹道时,会尽量避开人口密集的城镇和村庄,但由于包括助推器、子级和整流罩在内的火箭残骸在完成任务后无控自由坠落,其落点散布范围达数千平方公里。

为保障残骸落区范围内的人员和财产安全,每次火箭发射前夕,当地政府部门都要将人员疏散到安全地带,不仅给当地百姓带来不便,也增加了火箭发射的经济成本和工作难度。

长二丙火箭副总设计师徐勤介绍:“此次长二丙火箭一子级安装可控栅格舵,积极履行社会责任、发展绿色航天,减少火箭残骸落区给当地百姓带来的不便,对解决我国运载火箭残骸落区的安全性问题具有重大意义。栅格舵的成功运用,也为我国运载火箭助推器和子级的可控回收技术、突破软着陆技术和重复使用技术打下了坚实基础。”

彭越:此次试验可打双“100分”

截至目前,长征系列运载火箭已经成功发射了300多次,但残骸再入一直处于无控状态,落区范围比较大。此次长二丙火箭采用栅格舵控制残骸降落试验,是我国进行的首次尝试。

长二丙火箭栅格舵电气系统负责人彭越表示,此次栅格舵的使用可打两个100分。第一个100分是加装栅格舵后,火箭在飞行过程中一切正常,没有受到任何影响。第二个100分是火箭一子级残骸在再入过程中,栅格舵很好地完成了解锁-展开-锁定-按控制指令转动等一整套动作,最终降落在离理论落点很近的地方,精度超出了预期目标。

“基于栅格舵系统的落区控制技术是航天科技集团一院掌握的一项核心技术,再经过更多的试验积累后,今后火箭残骸的落区划定范围就可以从现在的几十公里乘几十公里,缩小至少80%,减小人员疏散范围。”彭越说。

为了研制火箭栅格舵,长二丙火箭研制团队基本上没有周末和节假日,只用了不到一年的时间就按期交付总装,并顺利安装在火箭上发射升空。

彭越介绍,我国之前在长二F运载火箭整流罩上使用的栅格翼展开后是固定不动的,而本次长二丙火箭采用的栅格舵可以通过摆动来控制一子级的飞行姿态和方向。这是我国此前从未实施过的,难度较大。接受这个任务的是一支平均年龄只有30多岁的年轻研制团队。

鼓励创新、崇尚技术的氛围,使这群年轻人敢于第一个“吃螃蟹”。他们突破原有专业间的藩篱,组成项目攻关小组,秉承“首战用我,用我必胜”的精神,闯出一条新路,研制出可折展传动栅格舵系统和一体化高性能的电气系统。

彭越说,电气系统是控制栅格舵动作的“大脑”。箭体结构和电气系统研制团队专门研制了可以承受再入段高热流的防热涂料并运用在火箭级间段,保证了栅格舵内系统的正常运行。

不仅如此,控制火箭姿态的控制力来自于栅格舵上产生的空气动力,一套可折展能传动的栅格舵机构系统同样是一子级精确落区控制的关键。

长二丙火箭栅格舵机构系统负责人王辰介绍,除舵本体外,栅格舵机构系统还包括展开锁定机构、传动机构等组件,这些机构和组件均需通过精确的机械尺寸配合才能实现其功能。

研制团队在栅格舵机构系统研制中,与一院211厂、18所等设计生产部门紧密配合,连续奋战近半年时间,终于在飞行前一个月生产出了合格的飞行产品。紧接着团队成员又与702所等试验部门大力协同,在一个月内顺利完成了产品的结构静力、展开锁定、传动特性等所有地面试验,最终为火箭一子级插上了智慧灵活的“翅膀”。

徐勤:此次试验为火箭可重复使用打下坚实基础

徐勤表示,采用蜂窝状的栅格舵实现可控回收和落区可控,是国际上常用的方法。这种形状的栅格舵效率更高,通过气流流经网格实现特殊的气动特性,使火箭姿态保持稳定。

“栅格舵在我国运载火箭上是首次使用,没有相关技术可以借鉴。研制团队进行了多次论证,如果太小就起不到稳定作用,如果太大就可能无法展开,最后团队通过大量的风洞试验才确定了栅格舵的大小。”徐勤说。

运载火箭可重复使用、降低发射成本,已经成为世界各航天大国研究的重要方向之一。我国著名火箭专家、长三甲系列运载火箭首任总指挥兼总设计师龙乐豪曾表示,发展可重复使用航天运输系统,能够支撑未来大规模开发和利用空间,形成廉价的天地往返运输工具,推动空间应用产业快速发展。

徐勤表示,长二丙火箭一子级残骸落区安全控制技术的成功试验,是我国火箭迈向可重复使用的第一步。这种技术成熟后,完全可以运用在其他型号火箭的助推器和一子级上,推动我国从航天大国向航天强国迈进。

【责任编辑:李子红】

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