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“长七”出征!中国空间站在轨建造打响第二枪

2021-05-30  风吟楼

董佳莹 科技日报记者 付毅飞 崔爽

据中国载人航天工程办公室消息,5月29日20时55分,搭载天舟二号货运飞船的长征七号遥三运载火箭,在我国文昌航天发射场准时点火发射,约604秒后,飞船与火箭成功分离,精确进入预定轨道,21时17分,太阳能帆板两翼顺利展开工作。发射取得圆满成功。这是长征系列火箭的第371次发射。

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拍摄 郭文彬 

按照空间站在轨建造任务规划,今明两年我国将连续实施11次飞行任务,包括3次空间站舱段发射,4次货运飞船发射及4次载人飞船发射。

“2年11次任务,环环相扣,就像接力赛跑,每发任务的成败都将关乎中国空间站建造计划能否顺利实施。”长征七号运载火箭试验队现场01指挥员、主任设计师徐利杰说。

中国空间站“专属列车”

长征七号遥三火箭发射天舟二号货运飞船是空间站建造阶段的第二次发射,首次实现与空间站的交会对接,是建造阶段承上启下的关键之战。

本次任务将为空间站送去航天员在空间站上所需的生活用品,开展空间科学实验以及天和核心舱补加的推进剂。

所谓“兵马未动、粮草先行”,长征七号火箭作为空间站的唯一的“专属列车”,任务和意义重大。

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拍摄 屠海超

长征七号火箭是为了满足中国空间站工程发射货运飞船而研制的新一代中型运载火箭。货运飞船作为向空间站及空间科学实验室运送货物和推进剂等物资的使者,被亲切地称为太空中的“专属列车”。

2017年4月,长征七号遥二火箭成功将我国第一艘货运飞船天舟一号送入预定轨道。时隔四年,长征七号火箭将天舟二号货运飞船送入太空。

四年间,型号队伍开展了大量的优化改进设计,不仅实现了从“零窗口”到“窄窗口”发射的技术跨越,还通过简化、优化箭上测量系统、优化贮箱增压设计等130余项改进,使火箭更加经济、可靠,更有利于批生产和高密度发射。

之后,天舟二号将与在轨运行的天和核心舱进行对接,完成燃料和物资的输送,为后续载人飞船的发射奠定基础。

火箭适应性不断提升

据介绍,本次发射任务与其他发射任务最大区别是交会对接的需求。

为了提高火箭的任务适应性,长征七号遥三火箭采用了自动获取起飞时间进行入轨目标参数在线迭代修正技术,实现了从“零窗口”到“窄窗口”的技术跨越。

火箭院长征七号运载火箭试验队现场01指挥员、主任设计师徐利杰介绍,发射窗口是指允许火箭发射的时间范围,在我国以往大部分航天发射任务中,发射窗口都是在一个时间段内。但由于本次发射任务要实现货运飞船与天和核心舱的交会对接,需要将货运飞船发射到天和核心舱所在的空间轨道面,这样才能保证两个航天器顺利“牵手”,这就要求火箭必须按照预先计算好的时间,分秒不差的点火升空,也就是常说的“零窗口”。

而长征七号火箭作为低温火箭,与常规火箭相比,还面临低温推进剂加注问题和复杂的发射前流程。因此,要实现“零窗口”发射,难度更大。

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拍摄 郭文彬 

“发射前4分钟内,要连续完成10多个关键动作,比如贮箱增压、管路排空、连接器脱落、摆杆摆开等一系列复杂动作,哪个环节出现异常都会影响“零窗口”发射。”徐利杰介绍。在长征七号遥二火箭发射天舟一号货运飞船时,就实现了“零窗口”发射。

虽然已经具备了“零窗口”发射技术,但是为了更好的适应故障情况,提高火箭按时发射的能力,型号队伍在长征七号运载火箭上首次采用自动获取起飞时间进行入轨目标参数在线迭代修正技术,对飞行弹道、落点等进行评估,并分析不同工况、不同起飞时间对入轨精度和运载能力的影响,通过大量的数字和半实物仿真,最终将精确到秒的“零窗口”拓展为两分钟的“窄窗口”。

也就是说,如果火箭起飞时间的偏差在两分钟以内,火箭就可以根据起飞时间自行修正飞行轨迹,保证货运飞船仍然能够进入核心舱所在的轨道面,提升了长七火箭对发射任务的适应性。

这位“大力士”智能又环保

载人空间站升空后,航天员要在空间站长期驻守,吃、穿、用乃至呼吸所需的物资,都要由货运飞船及时送到空间站;空间站维持正确轨道所需的燃料也靠货运飞船送。要把载有大批物资的货运飞船按时送入太空,就必须有“力气”大、可靠性高的运载火箭。长征七号运载火箭就能满足这些需求。

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拍摄 杨熙

长七火箭是我国新一代中型运载火箭。论“力气”,长七火箭近地轨道运载能力达到13.5吨,比采用传统燃料的运载火箭多出一半以上。这主要得益于绿色、高能的液氧、煤油燃料和新一代大推力液氧煤油发动机。其中,芯一级和助推器上的6台液氧煤油发动机可提供超过700吨的起飞推力。

为满足中国载人空间站工程发射货运飞船和未来载人运载火箭更新换代的需求,研制人员还将长七火箭打造成了全数字化控制火箭。

拥有了基于多余度总线的全数字控制系统,相当于为“专属列车”的“大脑”插上了智能翅膀,也使火箭的可靠性得到大幅提高。

据了解,“长七”火箭的设计可靠性达到0.98,国内领先,世界一流。它不仅能在8级大风中转场,还能在雨中发射,不管“风吹雨打”,都能送载荷精准入轨。

另外,“长七”火箭也很环保。它采用我国具有自主知识产权的两种新型液氧煤油发动机,煤油的不充分燃烧产生的颗粒和水蒸气混合凝结产生白色烟雾,较常规推进剂比冲提高20%,推力提高了60%。

“长七”是为满足载人空间站工程发射货运飞船而研制的新一代中型运载火箭,除了空间站建造阶段2年4次发射任务之外,后续进入到空间站运营阶段,将每年保持在2次发射的当量。

它未来不仅可以满足我国载人空间站工程发射货运飞船的需求,还将承担中国航天多种类型的发射任务,肩负起长征火箭技术进步和更新换代的历史重任。

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