中国启用新型长征7号火箭 海南发射场将迎来首射

2016-05-15 08:27:00 人民网 分享
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资料图:“长征七号”遥一火箭组件正在吊装

  5月8日,在天津大火箭基地的装配厂房内,“长征七号”遥一火箭被缓缓放入特制的海运集装箱里,它将搭乘“远望21”航天运输船,经过1800海里,抵达海南文昌航天发射中心,并于6月下旬首飞,完成我国载人航天工程空间实验室阶段 4 次飞行任务的开局之战。

  这段看似普通的历程,承载着中国航天很多的第一次:这枚“长征七号”火箭是天津大运载火箭基地总装并送出的第一枚火箭,这是长征系列火箭第一次由海路整体运往发射场,这也是海南文昌航天发射中心即将发射的第一枚运载火箭,将翻开中国航天低纬发射的新篇章。

  这么多的第一次是怎么完成的?“长征七号”有哪些新特点?中国首座海上航天城——文昌现在又准备得如何?

  新火箭“三板斧”

  “长征七号”是我国载人航天工程为发射货运飞船而全新研制的运载火箭,和正在测试的“长征五号”火箭一样,是我国新一代运载火箭中的大个子(总长达53.1米),而且本事大。

  “长征七号”的本事首先就体现在运载能力上。“长征七号”采用液氧煤油发动机等新技术,近地轨道运载能力由9吨提高到13.5吨,虽然比“长征五号”25吨的运载能力少了近一半,但术业有专攻,“长征五号”主要用于运载重型空间站和载人航天任务,“长征七号”则用于发射人造卫星、拉货或者载人。

  中国航天科技集团公司第一研究院负责人打了个形象的比方,原有的火箭运载能力相当于“一居室”,伴随空间站、深空探测、更大规模卫星平台的需求提出,需要更大的“三居室”,甚至“小别墅”。“长征五号”“长征七号”等新型火箭将基本覆盖我国在所有轨道的应用,其中,“长征七号”未来将承担我国航天80%的发射任务。

  其次,“长征七号”是一枚采用环保无毒的液氧煤油发动机的大型液体运载火箭。以前,火箭使用的发动机单台推力70吨左右,火箭运载能力仅有9吨,而且用的推进剂还有毒。“长征七号”使用新型120吨级液氧煤油发动机,推力提高了六成,火箭运载能力最大能提高3倍。此外,发动机使用的是液氧和煤油,都是无污染的环保燃料,不仅比常规推进剂便宜六成,且易于存贮和运输,发动机还能重复使用。

  正因为这些优势,液氧煤油发动机被誉为世界航天动力领域的“珠穆朗玛峰”。为了研制它,从2000年正式立项,到2012年120吨级发动机研制成功,再到正在研制的500吨级大推力液氧煤油发动机取得突破性进展,中国航天科技集团公司六院的科学家先后经历过整机试车4次失败的打击,突破了高压补燃关键技术80余项,使我国成为世界上继苏联之后,第二个掌握高压补燃技术的国家。

  再次,“长征七号”是我国首枚全生命周期的数字火箭。按照中国航天科技集团中国运载火箭技术研究院原党委书记梁小虹的说法,“长征七号”采用三维协同、设计、试验和制造,火箭全研制流程没有一张纸质图纸,代表了国内运载火箭最高研制水平。

  例如,在研制阶段,中国航天科技集团公司一院实现了三维设计数据审签、发放和更改技术状态管理,全箭模型数据规模超过20GB。

  生产加工阶段更是神奇实现了“一键式”加工。据梁小虹介绍,以前加工某零部件,首先要根据二维图纸画出工序草图、手工编制工艺规程,然后进行车、铣、镗等系列工序。现在,只需按动数控机床按钮,成品即刻完成,且合格率达100%。在航天703所的生产车间,呈现仿真视频和三维工艺流程的终端大屏幕显示器如今成了标配,让火箭生产越来越高大上。

  在试验、装配阶段,“长征七号”还应用了时髦的虚拟现实技术,对火箭进行虚拟装配、虚拟试验,真实模拟火箭实际装配和试验环境,提前预见可能发生的问题,确保了火箭试验、装配一次成功。

  能耐如何炼成?

  “长征七号”的本领不是天生就有的,而是经历了千锤百炼的试验。据统计,从2010年正式立项,5年的初样研制中,研制队伍完成了32 项关键技术攻关,完成了289项初样大型地面试验。

  例如,“长征七号”的助推氧化剂箱的直径达到2.25米,整箱长度由此前的4.5米增加到13米,薄区厚度仅1.7毫米,和鸡蛋壳差不多厚,是火箭研制生产中难度最大的部分之一。为此,科学家们不仅要研发各种成形、焊接的新技术,还要对其进行动力系统试车、常温静力试验、爆破试验等危险测试。

  例如,去年底进行的全箭模态试验,需要把50多米高、近600吨重的“长征七号”绑在全箭振动塔上“荡秋千”,以模拟火箭从起飞到助推器分离前100多秒的真实飞行状态。

  要做到这一点,首先需要建造足够高的厂房。而在2008年,中国航天人进驻天津大运载火箭基地时,这里只有几个工棚。如今,这个全箭振动塔建筑面积达10230平方米,高93米,相当于30多层楼房的高度,最大承载力为1500吨。科学家们将“长征七号”用16根垂下来的粗钢丝绳和底部的工装托住,整个实验过程就如同坐在“秋千”上,当然,这种振幅远不如荡秋千那么大,甚至用肉眼都不易觉察。

  再比如喷水实验。一般来说,火箭点火起飞时,箭体尾部喷出的火焰几乎“直击”发射平台,使发射平台瞬间接近3000摄氏度。这一温度足以熔化绝大多数金属和非金属材料。火箭外壳、火箭发射平台虽然由特殊材料制成,但高温也很可能会对其内部的仪器造成影响。

  经过多次实验,科学家们终于寻找到最为合适的喷水点。据中国航天科技集团公司一院15所大流量喷水降温降噪系统技术负责人陈劲松介绍:“喷水系统分两级。一级位于发射平台上,在火箭发动机点火前向发射平台喷洒一层5厘米厚的水层;二级位于发射平台两旁5米高的空中,当火箭飞达5米高以后向箭体尾部火焰中心喷水。两级喷水设施将各喷20余秒,完成400吨的喷水量。”

  出海坐“沙发”

  “长征七号”如今正在前往海南文昌航天发射中心的路上。其大致运输线路是这样的:火箭装载进运输船后,船从天津港出发,经渤海、黄海、东海、台湾海峡、南海、琼州海峡等海域,经过5至7天时间、航行约1800海里,到达海南省清澜港西码头,再通过公路运往火箭水平转载准备厂房。

  可以发现,和以往坐火车不同,“长征七号”这次走的是海路。为什么要海运?在“长征七号”火箭总体设计人员王旭看来,公路运输距离过长且颠簸;铁路运输则由于受中国铁路隧道直径的限制,超过3.5米直径的火箭就不能通过;海运则显得更为平稳、舒适。他比喻说:“火箭从公路、铁路运输,就像坐‘硬板床’;乘船从海上运输,就好似坐‘沙发’。”

  具体来说,火箭运输是否平稳,有一个重要的考量项目——过载环境。王旭表示,“过载环境就像开车时加速行驶或紧急刹车,过载环境差就会危害火箭的结构。”科学家们在首次海运过程中详细记录了起锚、起航、抛锚、靠港以及多种海况下的过载环境数据和振动环境数据,结果表明,海运的过载环境数据不仅优于设计值,而且仅为铁路运输过载环境数据的1/3、公路运输的1/2。

  火箭运输是否舒适也有一个考量——振动环境。测试数据表明,在海运过程中,低于3级海况时,“长征七号”火箭表现得较为平稳;出现4级至5级海况时,箭体振动环境相对恶劣。专家表示,即使这样,这方面的数据也优于公路、铁路运输的实测数据。

  值得一提的是,为了让“长征七号”出海坐得舒服,我国还专门研制了第一艘载运火箭的专用船——“远望21”。它创新设计出一整套运载火箭海上环境保障措施和火箭集装箱减摇减振手段,成功地使火箭货舱内始终维持适宜的温、湿度及盐雾度。

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责编:刘昆