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“胖五”为了“奔火”有多拼?

发布日期:2020年07月24日字体: 【大】【中】【小】

  一组数字告诉你2020年7月23日,由中国航天科技集团一院抓总研制的长征五号遥四运载火箭,成功将我国首个火星探测器送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。


  从火箭起飞到探测器入轨,“胖五”的飞行过程共有2000多秒。可别小看这半个来钟头,为了确保完成任务,“胖五”可是做了精心的准备。为了“奔火”它到底有多拼?下面这组数字告诉你。


  每秒11.2千米,飞出中国火箭最快速度


  根据发射任务要求,“胖五”需要托举火星探测器加速到每秒11.2千米以上的速度,将探测器直接送入地火转移轨道,开启奔向火星的旅程。


  这一速度被称为第二宇宙速度,也被称为“逃逸速度”。航天器只有达到该速度,才能完全摆脱地球引力,飞向太阳系内的其他行星。


  此前在发射月球探测器时,长征三号乙运载火箭曾经飞出每秒10千米以上的速度。此次“胖五”发射天问一号探测器,在国内首次达到并超过第二宇宙速度,飞出了中国运载火箭的最快速度。


  共设计42条发射轨道


  对于普通发射任务,1个发射窗口只需要设计1条火箭发射轨道。此次任务则不同。


  如果把发射比作打靶,发射天问一号探测器就是在打移动靶,因为地球和火星的相对位置在不断变化,只有不断调整发射轨道,才能让探测器入轨更精确,在奔火过程中节约燃料。


  为此,一院研制团队对“胖五”的轨道进行了精细化的“窄窗口多轨道”设计。


  据测算,本次发射任务有连续14天的窗口期,每天的发射窗口宽度为30分钟。研制人员将30分钟的发射窗口细分成3个宽度为10分钟的发射窗口,分别设计发射轨道,将轨道偏差控制在极小范围内。任务中,通过软件还可以实现发射轨道的自动切换选择。


  一次发射设计如此多的发射轨道,这在中国航天史上绝无仅有。


  2000多秒经历多个重要飞行时序


  在“胖五”飞行的2000多秒里,需要经历多个重要飞行时序。


  “胖五”捆绑了4个助推器,主要用于在起飞阶段及一级飞行前期提供推力。起飞后约3分钟,助推器与火箭分离。


  飞行约6分钟后,整流罩分离。整流罩主要用于保护探测器免受火箭上升过程中的气动力、气动加热及声振等有害环境影响。整流罩分离时,火箭已经基本飞出大气层,进入太空。


  飞行约8分钟后,火箭一二级分离,二级发动机第一次点火,继续加速。二级发动机第一次加速过程大约持续3.5分钟,之后二级发动机第一次关机,进入大约16分钟的滑行阶段。长时间滑行技术,已经在长征五号遥三火箭发射中进行了验证。


  此后,火箭二级发动机第二次点火,完成最后的“冲刺”,持续时间约为7.5分钟。二级发动机第二次关机后,“胖五”还需要完成速度修正、姿态调整等过程,最终将探测器送入地火转移轨道。


  更多的数字……


  一院研制团队在产品制造、产品验收、火箭总装及测试等全过程中采取了20大项质量控制措施,包括关键项目、关键工序工艺质量控制,产品可靠性评估,发射场工作流程精细化再造,产品试验充分性分析等,以确保火箭产品过程受控、质量可靠。


  “胖五”是我国第一型开展全要素、全过程、全生命周期工作策划的运载火箭,风险管控工作贯穿于型号研制全生命周期的各个阶段和环节。此次任务从设计风险、产品风险、操作风险和管理风险四个方面,全面识别风险源,梳理并分析火箭可能存在的风险项目,并从设计、分析、试验、管理上采取了22项措施,将风险降至最低。


  在长征五号遥三火箭及长征五号B遥一火箭基础上,此次“胖五”共采取35项技术改进和可靠性提升更改项目,涉及箭上控制系统、测量系统、箭体结构、增压输送系统、动力系统以及地面发射支持系统等。


  研制团队采用故障模式及影响分析(FMEA)方法,对“胖五”单点失效故障模式及环节进行了梳理,共确定1200余项单点失效故障模式及环节。他们对于每一项单点失效故障模式,在完成分析的基础上,从产品设计裕度、设计特性、状态变化、试验充分性、测试覆盖性、环境适应性6个要素分别开展了检查确认。


  “胖五”研制过程中,研制团队将设计特性分析与控制确认作为产品质量稳定性和一致性的重要判据,在产品验收环节进行了重点检查。经过检查,全箭共识别设计特性33000余项,并通过实测数据、验收复测、直接旁证等6种控制措施全部进行了控制确认,有效管控了火箭产品质量。


  焊缝质量直接影响到相关产品功能、性能的实现。特别是火箭箭体结构、增压输送管路以及各级发动机上的关键焊缝,更是能够直接影响发射任务的成败。作为目前我国规模最大、系统构成最复杂的运载火箭,“胖五”身上共有各类焊缝50000多条,其中绝大多数是I级焊缝。研制团队通过X光透照、液压气密试验、焊缝氦质谱检测等多种手段,对焊缝质量进行了100%覆盖检查确认。其中发动机产品的焊缝还经过了校准试车试验的考核。


  现在,你知道“胖五”有多拼了吧。

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