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50000多条焊缝!看“胖五”为了“奔火”有多“拼”

来源:人民网-科技频道  发布时间:2020-07-27 09:22

人民网北京7月25日电(赵竹青)7月23日,由航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究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“天问一号”送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。让我们透过这组数字,看看“胖五”为了“奔火”有多“拼”。

“天问一号”发射过程模拟动画截图(航天科技集团五院提供)

“11.2”——飞出11.2千米/秒的最快速度

根据发射任务要求,长征五号遥四火箭将托举“天问一号”火星探测器加速到超过11.2千米/秒的速度,将探测器直接送入地火转移轨道,开启奔向火星的旅程。

11.2千米/秒的速度也就是第二宇宙速度,当航天器的速度达到这一速度时,就可以完全摆脱地球引力,去往太阳系内的其他行星或者小行星,因此也被称为“逃逸速度”。

当运载火箭发射的有效载荷是卫星或者飞船时,它们都是环绕地球做周期运动,运载火箭末级的最大速度只需要超过7.9千米/秒的第一宇宙速度即可,第一宇宙速度是航天器沿地球表面作圆周运动时必须的发射速度,也称为“环绕速度”,如果发射速度低于这一速度,航天器将会在地球引力的作用下,回到地球表面。

此前在发射月球探测器时,长征三号乙火箭曾经飞出了超过10千米/秒的发射速度。“此次长征五号遥四火箭发射火星探测器,是我国火箭第一次达到并超过11.2千米/秒的第二宇宙速度,飞出了我国运载火箭的最快速度。”长征五号火箭总设计师李东介说。

“天问一号”发射过程模拟动画截图(航天科技集团五院提供)

“42”——42条发射轨道

对于一般的发射任务,一个发射窗口只需要设计一条火箭发射轨道。而此次发射火星探测器则有所不同,如果把发射比作打靶,发射深空探测器时的打靶就是在打一个“移动靶”,因为地球和火星的相对位置是在不断变化的,只有不断调整发射轨道,才能让探测器更加精确的入轨,在奔向火星的过程中节约自身燃料。

为此,研制团队对火箭发射轨道进行了精细化的“窄窗口多轨道”设计。根据对任务发射窗口的测算,本次发射有连续14天的窗口期,每天的发射窗口宽度为30分钟。为了更加精细、精准,研制人员将30分钟的发射窗口再细分成3个宽度10分钟的窗口,分别设计发射轨道,也就是每天为火箭设计3条发射轨道,14天的窗口期一共设计了42条发射轨道,将轨道偏差控制在非常小的范围内。

长征五号火箭总指挥王珏表示,一次发射设计如此多的发射轨道,在中国航天的发射历史上也是绝无仅有的。同时,此次发射还首次实现了发射轨道的自动切换,通过软件可以实现发射轨道的自动切换选择。

“天问一号”发射过程模拟动画截图(航天科技集团五院提供)

“35”——35项可靠性改进提升

长征五号火箭各系统持续开展再分析、再设计和再验证的“三再”工作,从设计方案、产品生产制造以及操作及过程控制等方面全面审视各项工作的规范性、有效性。通过技术改进,实现火箭固有可靠性的进一步提升。

在长征五号遥三火箭及长征五号B遥一火箭基础上,长征五号遥四火箭共采取了35项技术改进和可靠性提升更改项目,涉及到箭上控制系统、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多个系统,通过可靠性改进提升,使火箭更加健壮、可靠。比如,为了提高产品密封性,在相关产品的安装界面增加垫圈;为了提高产品工作可靠性,在部分阀门间增加过滤器;为了确保产品工作可靠,改进了一处传感器导线固定方式,等等。

在这些可靠性提升的改进措施中,有一些改进只在“毫厘之间”。比如辅助动力系统的某发动机推力室将毛细管长度增加了1毫米;某点火器将装药孔的直径减少了1毫米。这些细微处的改变,背后是航天人精益求精的态度和追求。

“天问一号”发射过程模拟动画截图(航天科技集团五院提供)

“120+”——120余项飞行关键动作指标分析确认

长征五号火箭研制团队将火箭“飞行关键动作指标闭合分析确认”作为一项专题分析工作,针对影响飞行成败的关键动作和重要环节,比如火箭点火、助推器分离、整流罩分离、级间分离、器箭分离等动作,开展产品及系统功能和性能指标闭合性检查工作。

研制团队采用“飞行事件链”的思路,按照系统功能实现的物理传递链路,全面梳理涉及到的产品,针对梳理出的产品,以功能失效分析为基础,辨识产品关键设计参数,从功能、性能、安装防护适应性等方面,开展了关键设计参数梳理。以环境适应性为例,箭上电缆等要关注具体安装位置、是否进行有效防护,接插件在振动环境下是否会异常断开等开展具体指标分解。

进入发射场后,研制团队结合产品最终状态及测试情况,对关键指标的闭合情况进行再次确认,确保各个关键环节的功能正常。

7月23日,长征五号遥四运载火箭发射天问一号火星探测器(国家航天局新闻宣传中心 张高翔摄)

“50000+”——50000多条焊缝质量复查确认

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、增压输送管路以及火箭各级发动机上的一些关键焊缝,不仅数量庞大,更是直接影响到火箭发射的成败,焊缝质量控制始终是运载火箭产品质量控制中的重要环节之一。

作为目前我国规模最大、系统构成最复杂的运载火箭,长征五号运载火箭上共有各类焊缝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、荧光检查、表面着色检查、超声波检查、煤油渗透检查、试验件剖切检查等多种检测手段,对焊缝质量进行了100%覆盖的检查确认,其中,发动机产品的焊缝还经过了校准试车试验的考核。经过检查,长征五号遥四火箭所有焊缝质量稳定可靠,可以满足火箭飞行的使用要求。

责任编辑:张彤


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