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火箭專家揭秘長征二號FT1火箭 制導方式改變

 

  

改進型長二F火箭  海晗/CFP改進型長二F火箭 海晗/CFP

  伴隨著我國載人航天工程空間交會對接任務大幕的拉開,承擔將天宮一號目標飛行器送入太空的改進型長二F火箭成了社會廣泛關注的焦點。

  3年前的金秋時節,弱水河畔,中國航天史上技術最復雜、可靠性和安全性指標最高的火箭——長征二號F運載火箭一飛沖天,成功托舉神舟七號飛船上天,令世界矚目。

  而今天的長征二號FT1,從外到內又是煥然一新,在運載能力和入軌精度上均有很大提高,航天人早已將其定義:“這完全是一枚全新的火箭!

  與之前相比,改進型長二F火箭有什么新變化、新突破?帶著疑問,記者走訪了中國航天科技集團公司一院運載火箭系統的相關專家,試圖揭開長征二號FT1火箭的神秘面紗。

  “皇冠”用上馮·卡門曲線

  在發射“天宮一號”時,火箭外形上的最大變化是整流罩。整流罩位于火箭頂端,有著火箭的“皇冠”之稱。

  火箭升空前,整流罩在地面保護飛船或衛星,保證飛船或衛星對溫度、濕度、潔凈度的要求。而在火箭升空穿過大氣層時,整流罩可以使飛船或衛星免受氣動力和氣動熱損傷。其在整個火箭系統中的重要性不言而喻。

  中國航天科技集團公司一院改進型長二F火箭總設計師荊木春介紹說,長征二號FT1火箭具有發射目標飛行器和飛船的兩個狀態,運載能力分別為8.6噸和8.1噸,比傳統狀態的“長二F”提高了0.6噸和0.1噸。由于目標飛行器不載人,發射這一狀態的“長二F”火箭取消了逃逸塔裝置。

  天宮一號的整流罩不僅長度由先前的10.7米增至12.7米,最大直徑也由先前的3.8米增至4.2米,而且頭部還采用了流線式的馮·卡門曲線。這也是最吸引公眾眼球的重大變化。

  馮·卡門是美國工程力學大師、航天技術理論的開拓者,也是我國航天之父錢學森的老師。馮·卡門曲線,便是基于他的研究成果而畫出的曲線。

  據荊木春介紹,整流罩的增大加長,與天宮一號的體積密切相關,因為天宮一號比神舟飛船的體積大。而整流罩頭部設計采用馮·卡門曲線的意義就在于,該技術減少了火箭飛行過程中的阻力干擾,減少了火箭飛行過程中對天宮一號的顛簸,降低了飛行器可能在飛行過程中的受損幾率。

  然而,馮·卡門曲線整流罩的生產,卻非易事,具有很高的技術難度。荊木春說:“與以前不同,馮·卡門曲線頭部展開之后并不是一個平面,涉及很多復雜的加工工藝以及材料成型的問題!

  長征二號FT1研制團隊在進行一系列艱苦的工藝攻關、論證后,才最終將采用馮·卡門曲線的整流罩從理論變成現實。

  除了整流罩的外形變化,火箭箭體結構系統的助推器的內部頂端形狀也發生了變化,由原來的橢球型變成錐形!斑@樣做可以承載更多推進劑,使火箭的運載能力提高100多公斤。這對載人航天工程有著不小的貢獻!鼻G木春說。

  火箭換上新“大腦”

  “任何一發火箭在點火升空之后,之所以能夠按照預定軌跡飛行,并且最終能夠精確地將目標送入預定軌道,主要是靠火箭的控制系統來完成整個過程。因此,如果將發動機比喻為火箭的‘心臟’,那控制系統則起著類似人體‘神經中樞’的作用!敝袊教炜萍技瘓F公司一院長征二號FT1火箭副總設計師宋征宇說。

  據宋征宇介紹,這枚長征二號FT1火箭的控制系統是個全新的系統,與發射“神七”的“長二F”相比,使用的方案、原理、具體設備、軟硬件等方面都發生了很大變化!跋喈斢诮o火箭置換了一個全新的‘神經系統’!彼握饔钚ΨQ。

  在控制系統所發生的這些變化中,制導方式首次由原來的攝動制導改為迭代制導,這無疑是其中的亮點。

  宋征宇對此解釋,攝動制導主要是讓火箭按照標準彈道飛行。迭代制導則是隨著現代計算機技術和最優控制理論發展而出現的一種自適應制導技術,是根據火箭當前的速度、位置以及預估的入軌點,不斷調整自己的飛行軌跡。

  “打個比方說,家住五環路,工作單位在三環路。攝動制導給你規定好了具體路徑,而迭代制導只是告訴你目的地,并不限制具體路徑!被鸺傇O計師荊木春曾經形象地比喻道。

  “采用迭代制導以后,火箭不僅入軌精度提高了一個量級,而且在飛行過程中對外界干擾的適應能力增強了。高的入軌精度可以調整飛船自身調整軌道的工作,從而節省了燃料,提升了運載能力,可以搭載更多的有效載荷來進行相關的科學實驗,延長使用壽命!彼握饔钫f。

  事實上,在多達170多項的火箭系統技術變化中,重要變化遠不止這些!伴L二F”火箭研制團隊還對動力系統、遙測系統和故障檢測系統等采取了一系列措施,不斷提高火箭的可靠性。





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