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防止火箭残骸伤人 长二丙火箭首次完成落区安全控制技术验证

澎湃新闻 2019-07-29 13:42:18
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7月26日11时57分,中国航天科技集团有限公司第一研究院抓总研制的长征二号丙运载火箭在西昌卫星发射中心点火起飞,成功实现“一箭三星”发射,彰显了“金牌火箭”实力。这是长征二号丙火箭自1982年9月9日首飞以来的第54次发射,在传统发射领域战功赫赫的老牌长征火箭在本次发射中又有了亮眼新表现——火箭的一子级落点实现了精确控制!

7月26日13时40分,长征二号丙火箭一子级残骸在贵州黔南布依族苗族自治州被顺利找到,落点在设定的落区范围内,标志着我国运载火箭首次“栅格舵分离体落区安全控制技术”试验取得成功!使我国成为继美国之后的第二个掌握此项技术的国家。这是中国航天在落点可控、精准回收领域取得的重大突破,是向可重复使用运载火箭迈出的坚实一步。

我国运载火箭首次“栅格舵分离体落区安全控制技术”试验取得成功

我国运载火箭首次“栅格舵分离体落区安全控制技术”试验取得成功

人民至上,落实安全很重要
近年来,我国运载火箭高强密度发射成为常态,尤其是2018年发射次数达到38次,位列世界第一,随之而来的火箭残骸落区安全问题越来越受关注。由于社会迅猛发展和人口数量激增,六七十年代建立的内陆火箭发射场周边的火箭残骸落区不再是绝对的无人区。尽管在设计火箭的飞行轨迹时,宁可牺牲运载能力也要尽量避开村镇,但由于火箭残骸在完成任务后是无控坠落,落点散布范围较大,有时可能涉及有人居住的区域。为了保障人员安全,当前的做法是,在每次发射任务之前,将落区内百姓疏散到安全地带,不仅给当地百姓带来不便,也增加了火箭发射的经济成本和工作难度。
据中国航天科技集团有限公司第一研究院第一设计部(以下简称一部)主任助理何巍介绍,为了落实安全、绿色发展理念,积极履行社会责任、发展绿色航天,减少火箭发射给落区百姓带来的不便,航天科技集团一直致力于分离体落区安全控制技术研究,此次长征二号丙运载火箭一子级的落点控制就采用了栅格舵控制,技术的成功对于解决我国内陆发射场落区安全性问题具有重大的意义,同时也为我国运载火箭后续助推器及子级的可控回收、软着陆、重复使用等技术奠定坚实基础。

长征二号丙运载火箭

长征二号丙运载火箭

自主创新,成熟型号“get”落区安全新技能
长征二号丙运载火箭副总设计师崔照云向记者介绍,“之前应用于我国CZ-2F载人运载火箭上的栅格翼展开后是固定不动的,近几年国外火箭上才开始通过可摆动的栅格舵来控制箭体的方向和姿态。本次试验采用栅格舵控制残骸落点,是我国首次尝试!虽然大中型的长征二号丙火箭的落点控制,相比小型火箭,难度要大的多,但创新驱动发展,这使‘年近不惑’的长二丙又焕发了更大的生机活力。”
接受这个“有很大难度”任务的,是一支只有十余人、平均年龄不足35岁的年轻研发团队。一部鼓励创新、崇尚技术的氛围,使得这群年轻人敢于第一个“吃螃蟹”,他们突破原有专业间的藩篱,组成项目联合攻关小组,秉承“首战用我,用我必胜”的亮剑精神,放手闯出一条新路。通过自主创新、潜心钻研、小心求证,只用了短短半年的时间,就研发出了造得出来、防得住热、扛得住力、控得稳的可折展传动栅格舵系统和一体化高性能的电气系统,确保了落区控制技术如期上箭进行搭载验证。
可折展传动栅格舵系统是精确落区控制的关键结构设备。栅格舵在火箭上升段需要紧贴箭体侧壁以避免对卫星发射任务造成影响,在再入大气层段则需要完成解锁-展开-按控制指令转动等一系列复杂动作,还要承受上千度高温、近10倍自重的冲击力。研制团队精心选材、反复试验,终于为火箭插上了能够“精准挥动”的翅膀。
电气系统是控制栅格舵动作的“大脑”,新一代电气系统首次从实验室飞向蓝天,成功完成了飞行控制和数据传输任务。电气系统负责人彭越说:“箭上传统的电气系统虽然设计成熟、性能稳定、飞行成功经验多,但单机设备体积大、数量多、成本高,显得非常臃肿。我们这次下决心要做新一代电气系统,将测量、控制、遥测遥控等功能统统整合在一个十几公分的小盒子里,栅格舵控制的核心算法全部自主完成,手机安装配套的应用程序就知道火箭被控部件下落的实时位置。可以说是重量不大功能全,价格不高可靠性高。”研发团队还大胆采用商业元器件和结构件,通过冗余设计和加严试验考核确保可靠性。
航天魅力,在于永恒创新
研发团队设计师张大铭的一段话给记者留下了很深的印象,他说:“有段时间吃饭和睡觉恨不得全在实验室里,没有人强迫我们这么做,我们也会戏称自己是‘宇宙最强兴趣小组’,其他火箭设计师们都是解决火箭如何‘正着飞’进入轨道的问题,我们却非要逆向思维探究‘倒着飞’精准落地的问题,但任务的使命感和荣誉感、以及开拓创新的乐趣,足以让我们愿意为之拼搏,甘之如饴吧。”
探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是航天人不懈追求的航天梦。钱学森在美国任教期间,就和几位志同道合的同事、学生组成了研究火箭的技术小组,不顾生命安危的整天和电机、燃料、爆炸试验打交道,甚至调侃自己的小组为“自杀俱乐部”。钱学森“宁死也要搞航天”的精神在七十年后,依然闪耀在新一代中国航天人身上,他们朝气蓬勃、奋发有为、勇于攀登,将中国航天事业不断推向新的辉煌!
这就是中国航天的魅力所在。
落区安全控制技术的成功,是向可重复使用运载火箭迈出的第一步。未来,中国航天人将在航天精神的引领下,加速世界一流航天器的研发,推动我国从航天大国向航天强国迈进。

责任编辑:傅鑫 CM033
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