由中國航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制的長征二號F遙十二運(yùn)載火箭(以下簡稱“長二F火箭”)是目前我國唯一一型載人運(yùn)載火箭,自首飛以來共成功實(shí)施7次載人發(fā)射任務(wù),均取得“滿分”的驕人成績。雖然發(fā)發(fā)成功,但為了圓滿完成空間站在軌建造階段的高密度發(fā)射任務(wù),中國航天史上這枚技術(shù)最復(fù)雜、可靠性和安全性最高的航天員“專列”,進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn),其可靠性和安全性再上新臺階。
0.1的提升也不放過
長二F火箭總指揮荊木春介紹,長二F遙12火箭共進(jìn)行109項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)更改,其中有70余項(xiàng)與可靠性提升相關(guān)。這些改進(jìn)不涉及重大技術(shù)狀態(tài)變化,主要是為了消除薄弱環(huán)節(jié)。如針對發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火失效風(fēng)險(xiǎn),將主機(jī)傳火孔直徑從4毫米改為6毫米,進(jìn)一步提升點(diǎn)火可靠性;根據(jù)位置不同,對發(fā)動(dòng)機(jī)二級游機(jī)推力室噴注口提出更加精細(xì)的角度設(shè)計(jì)要求,使推進(jìn)劑能夠更加充分地融合、更加高效地燃燒,為火箭提供強(qiáng)勁動(dòng)力……
每一處改進(jìn),都體現(xiàn)了研制人員對可靠性的不懈追求,背后都意味著無數(shù)次的理論分析、數(shù)學(xué)仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證。當(dāng)火箭的可靠性越來越接近1的時(shí)候,小數(shù)點(diǎn)后每一個(gè)數(shù)字的微小變化,實(shí)現(xiàn)起來都無比艱辛。長二F火箭總體副主任設(shè)計(jì)師秦曈說:“在可靠性已經(jīng)相當(dāng)高的情況下,再提升,難度可想而知。”長二F火箭總體主任設(shè)計(jì)師常武權(quán)用考試來打比方:“從50分提高到90分,相對容易一些;但從90分提高到91分,甚至91.1分,盡管只有0.1分的提升,背后的工作并不比從50分提高到90分少!
越是艱難越向前,這支驍勇善戰(zhàn)的隊(duì)伍,精益求精、盡善盡美,最終將長二F火箭的可靠性從指標(biāo)要求的0.97提升到0.9894,再次刷新了自身紀(jì)錄,水平處于世界前列。
追求安全從未止步
載人航天,人命關(guān)天。長二F遙11火箭在發(fā)射神舟十一號飛船時(shí),安全性評估值達(dá)0.997,但研制隊(duì)伍在追求安全性的道路上從未止步。為確保航天員安全,研制團(tuán)隊(duì)對遙12火箭逃逸安控體制進(jìn)行更改,提高了保密安全性能和抗干擾性能。尤其是控制逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)新增了點(diǎn)火功能,進(jìn)一步提高了火箭的安全性。
假如火箭突發(fā)意外情況,逃逸系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng),逃逸飛行器像“拔蘿卜”一樣帶著返回艙飛離故障火箭。返回艙與逃逸飛行器分離后,打開降落傘,緩慢降落到地面,但開傘過程中,返回艙會(huì)受到地面低空風(fēng)的極大影響。
以前逃逸飛行器只能朝著一個(gè)固定方向,存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。長二F火箭副總設(shè)計(jì)師劉烽舉了個(gè)例子:“如果逃逸飛行器只能向東逃逸,正好這時(shí)地面吹來一股向西的風(fēng),這樣返回艙處于開傘狀態(tài)的時(shí)候,很可能又被吹回到故障火箭的附近,航天員就比較危險(xiǎn)!
研制人員在現(xiàn)有控制逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整軟件進(jìn)行,新增發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火功能,使逃逸飛行器可以向垂直于地面風(fēng)的方向逃逸,更加安全、靈活!氨热,地面刮的是南風(fēng)或北風(fēng),現(xiàn)在我的逃逸能力提升了,可以提前選擇與南風(fēng)或北風(fēng)垂直的東方向逃逸,避開地面風(fēng)!背N錂(quán)說。
逃逸系統(tǒng)改進(jìn)后,火箭安全性評估值達(dá)到0.99996這一國際先進(jìn)水平!熬湍壳暗募夹g(shù)狀態(tài),長二F火箭需要發(fā)射十萬次,才會(huì)有4次逃逸失敗,平均一萬次發(fā)射還不到1次逃逸失敗的情況。在保障航天員安全方面,它比‘萬無一失’的水平還要高一些”。對于小數(shù)點(diǎn)后這一串?dāng)?shù)字的意義,常武權(quán)通俗地解釋。
“大力士”也能“身輕如燕”
據(jù)了解,長二F火箭有58.3米高,相當(dāng)于20層樓,起飛推力約600噸,是個(gè)足以托舉神舟飛船的“大力士”。為了讓火箭更加靈活,本次發(fā)射中首次采用了起飛滾轉(zhuǎn)技術(shù)。
以往,長二F火箭的任務(wù)較為單一,射向基本一致。火箭點(diǎn)火起飛后,經(jīng)過俯仰轉(zhuǎn)彎等姿態(tài)調(diào)整,直接瞄準(zhǔn)一個(gè)固定射向,在一個(gè)射面內(nèi)飛行即可,但后續(xù)空間站在建造和長期運(yùn)營過程中,軌道傾角會(huì)有0.1°到0.5°的變化范圍;鸺m應(yīng)這種變化有兩種方法:一是針對每次任務(wù)的軌道傾角,改造瞄準(zhǔn)間,確定火箭射向;二是通過火箭自身起飛滾轉(zhuǎn),適應(yīng)軌道傾角和射向的變化。前者工作量巨大,并非最佳方案。因此,型號隊(duì)伍根據(jù)任務(wù)特點(diǎn),從火箭自身出發(fā),在載人狀態(tài)的長二F火箭上首次應(yīng)用起飛滾轉(zhuǎn)技術(shù),使火箭起飛后在空中轉(zhuǎn)體到合適角度后,再飛向任務(wù)要求的方向。采用該技術(shù)以后,長二F火箭變得更加靈活,任務(wù)適應(yīng)能力也進(jìn)一步提高。
在這次任務(wù)中,為了適應(yīng)空間站在軌建造及長期運(yùn)營需求,地面支持系統(tǒng)人員對火箭活動(dòng)發(fā)射平臺進(jìn)行了全面大修;同時(shí),基于可靠性、操作性、維修性、應(yīng)用成熟型號成熟技術(shù)等多方面考慮,對發(fā)射平臺進(jìn)行了升級改進(jìn)。長二F火箭地面發(fā)射支持系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師劉海波介紹,最典型的就是大范圍采用冗余設(shè)計(jì),不斷提高其可靠性。此外,活動(dòng)發(fā)射平臺的操作便捷性也顯著提升!捌脚_上有兩臺方向機(jī),一主一備。原來,如果主機(jī)發(fā)生故障,需要手動(dòng)拆除主機(jī)上的配件,再給備用機(jī)裝上一個(gè)新的配件,全程約2小時(shí);現(xiàn)在,加一個(gè)離合手柄,1分鐘就能完成主備機(jī)的切換,效率有了質(zhì)的飛躍!被顒(dòng)發(fā)射平臺總體設(shè)計(jì)師任曉偉說。
通過這一項(xiàng)項(xiàng)細(xì)微處的改進(jìn),型號隊(duì)伍做到心中有數(shù),無論在垂直總裝測試廠房、轉(zhuǎn)場途中,還是矗立在發(fā)射塔架、奔向太空,都讓長二F火箭一路走得更穩(wěn)、更準(zhǔn),也更從容、自信。