我国首型“混动版”长征运载火箭面世

2022-03-31 09:42:42来源:科技日报

       “3、2、1,点火,起飞!”3月29日17时50分,太原卫星发射中心,中国航天科技集团八院抓总研制的我国首型固体捆绑运载火箭长征六号改(以下简称长六改),宛如一条巨龙喷涌着熊熊烈焰直奔苍穹,成功将浦江二号和天鲲二号卫星送入预定轨道,首次发射任务取得圆满成功。

  长六改运载火箭作为我国第一型“混合动力”的新一代长征系列运载火箭,在技术难度高、系统复杂的航天领域也玩了一把“跨界合作”——长六改运载火箭充分结合了固体动力推力大、响应快,液体动力推力稳、比冲高的优势,首次采用液体芯级捆绑四枚固体助推器,实现了我国固体捆绑等一系列技术新突破,为我国新一代运载火箭的创新发展奠定了坚实基础。

  “固液混动”输出动力强劲又“舒适”

  固体发动机推力大、简单可靠的特点在长六改运载火箭上体现得淋漓尽致。芯一级捆绑了4台以固体燃料为动力的助推器,单枚助推推力可达120吨,刷新了长征系列运载火箭最快“起跑”纪录,可以说,“如利剑出鞘”。

  同时,借助固体发动机结构相对简单、部组件少、可靠性高、操作维护方便、贮存时间长的优势,长六改运载火箭箭上管路系统减少55%、可实现固体助推器在发射场直接安装、并实现捆绑火箭14天快速发射。

  中国航天科技集团四院长六改固体发动机总设计师王健儒介绍,长六改运载火箭捆绑的四枚分段式固体助推发动机由四院自主研制,这是四院的分段式固体发动机首次上天飞行、首次实现型号工程化应用,实现了固体运载技术的跨越式发展。

  此外,如此庞大的“硬汉子”可不是人们想象中的“糙汉子”。为克服在飞行过程中固液发动机联合工作带来的复杂力、热环境,研制人员建立了全面完整的捆绑火箭力学环境条件设计方法体系和气固两相喷流底部热环境预示模型,国内首次定量描述了声致振动特性,通过精准预示和控制措施,有效确保了长六改火箭上“乘客”的乘坐舒适性。

  “肩扛+托举”使捆绑更牢靠

  长六改运载火箭通过“前端辅助传力+后端主传力”的捆绑连接解锁装置,相当于利用“肩扛+托举”两种力量,实现助推器与芯级的连接。为进一步优化结构重量,长六改运载火箭打造了一款轻量化捆绑连接解锁装置,在运载火箭停放和飞行阶段下可承受并有效传递轴向和径向载荷。

  作为一枚捆绑火箭,助推器完成“使命”后与芯级安全分离是火箭飞行过程中最关键的分离程序之一。为在恶劣的力热环境、发动机后效推力、气动阻力等复杂情况下确保助推器和芯级安全分离,研制团队合理选择分离动力源并优化布局,结合分离时序等设计,消除了众多干扰因素对分离的影响,确保助推器分得开、分得稳。同时,在研制阶段,长六改运载火箭还成功实施了3次固体助推捆绑地面分离试验,进一步验证了助推分离技术方案的正确性。

  让火箭优雅端庄信步苍穹

  长六改运载火箭在飞行过程中,芯级与助推器发动机都要摆动,共同参加火箭的姿态控制,但由于两种发动机的特点不同、伺服机构的动态特性不同,芯级与助推器之间势必存在相互干扰,对火箭的稳定飞行会带来不利影响。

  为此,长六改运载火箭创新性采用联合摇摆控制方案,通过优化不同飞行阶段的摆角分配策略,克服了火箭在飞行过程受到的诸多干扰,让火箭优雅端庄、信步苍穹。

  在固体助推器分离的瞬间,失去了大推力固体发动机的加持,火箭可能会面临“空中大刹车”的局面,为此,火箭控制系统会在助推分离前对固体发动机的工作状态进行智能监测,将整箭控制策略从最初的联合摆动控制平稳过渡到芯级单独控制,从而最大程度地保证了火箭抛掉助推前后的稳定飞行。

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