人民網
人民網>>科技

50000多條焊縫!看“胖五”為了“奔火”有多“拼”

2020年07月25日11:07 | 來源:人民網-科技頻道
小字號

人民網北京7月25日電(趙竹青)7月23日,由航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研制的長征五號遙四運載火箭,成功將我國首個火星探測器“天問一號”送入預定軌道,發射任務取得圓滿成功。讓我們透過這組數字,看看“胖五”為了“奔火”有多“拼”。

“天問一號”發射過程模擬動畫截圖(航天科技集團五院提供)

“11.2”——飛出11.2千米/秒的最快速度

根據發射任務要求,長征五號遙四火箭將托舉“天問一號”火星探測器加速到超過11.2千米/秒的速度,將探測器直接送入地火轉移軌道,開啟奔向火星的旅程。

11.2千米/秒的速度也就是第二宇宙速度,當航天器的速度達到這一速度時,就可以完全擺脫地球引力,去往太陽系內的其他行星或者小行星,因此也被稱為“逃逸速度”。

當運載火箭發射的有效載荷是衛星或者飛船時,它們都是環繞地球做周期運動,運載火箭末級的最大速度隻需要超過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圓周運動時必須的發射速度,也稱為“環繞速度”,如果發射速度低於這一速度,航天器將會在地球引力的作用下,回到地球表面。

此前在發射月球探測器時,長征三號乙火箭曾經飛出了超過10千米/秒的發射速度。“此次長征五號遙四火箭發射火星探測器,是我國火箭第一次達到並超過11.2千米/秒的第二宇宙速度,飛出了我國運載火箭的最快速度。”長征五號火箭總設計師李東介說。

“天問一號”發射過程模擬動畫截圖(航天科技集團五院提供)

“42”——42條發射軌道

對於一般的發射任務,一個發射窗口隻需要設計一條火箭發射軌道。而此次發射火星探測器則有所不同,如果把發射比作打靶,發射深空探測器時的打靶就是在打一個“移動靶”,因為地球和火星的相對位置是在不斷變化的,隻有不斷調整發射軌道,才能讓探測器更加精確的入軌,在奔向火星的過程中節約自身燃料。

為此,研制團隊對火箭發射軌道進行了精細化的“窄窗口多軌道”設計。根據對任務發射窗口的測算,本次發射有連續14天的窗口期,每天的發射窗口寬度為30分鐘。為了更加精細、精准,研制人員將30分鐘的發射窗口再細分成3個寬度10分鐘的窗口,分別設計發射軌道,也就是每天為火箭設計3條發射軌道,14天的窗口期一共設計了42條發射軌道,將軌道偏差控制在非常小的范圍內。

長征五號火箭總指揮王玨表示,一次發射設計如此多的發射軌道,在中國航天的發射歷史上也是絕無僅有的。同時,此次發射還首次實現了發射軌道的自動切換,通過軟件可以實現發射軌道的自動切換選擇。

“天問一號”發射過程模擬動畫截圖(航天科技集團五院提供)

“35”——35項可靠性改進提升

長征五號火箭各系統持續開展再分析、再設計和再驗証的“三再”工作,從設計方案、產品生產制造以及操作及過程控制等方面全面審視各項工作的規范性、有效性。通過技術改進,實現火箭固有可靠性的進一步提升。

在長征五號遙三火箭及長征五號B遙一火箭基礎上,長征五號遙四火箭共採取了35項技術改進和可靠性提升更改項目,涉及到箭上控制系統、測量系統、箭體結構、增壓輸送系統、動力系統以及地面發射支持系統等多個系統,通過可靠性改進提升,使火箭更加健壯、可靠。比如,為了提高產品密封性,在相關產品的安裝界面增加墊圈﹔為了提高產品工作可靠性,在部分閥門間增加過濾器﹔為了確保產品工作可靠,改進了一處傳感器導線固定方式,等等。

在這些可靠性提升的改進措施中,有一些改進隻在“毫厘之間”。比如輔助動力系統的某發動機推力室將毛細管長度增加了1毫米﹔某點火器將裝藥孔的直徑減少了1毫米。這些細微處的改變,背后是航天人精益求精的態度和追求。

“天問一號”發射過程模擬動畫截圖(航天科技集團五院提供)

“120+”——120余項飛行關鍵動作指標分析確認

長征五號火箭研制團隊將火箭“飛行關鍵動作指標閉合分析確認”作為一項專題分析工作,針對影響飛行成敗的關鍵動作和重要環節,比如火箭點火、助推器分離、整流罩分離、級間分離、器箭分離等動作,開展產品及系統功能和性能指標閉合性檢查工作。

研制團隊採用“飛行事件鏈”的思路,按照系統功能實現的物理傳遞鏈路,全面梳理涉及到的產品,針對梳理出的產品,以功能失效分析為基礎,辨識產品關鍵設計參數,從功能、性能、安裝防護適應性等方面,開展了關鍵設計參數梳理。以環境適應性為例,箭上電纜等要關注具體安裝位置、是否進行有效防護,接插件在振動環境下是否會異常斷開等開展具體指標分解。

進入發射場后,研制團隊結合產品最終狀態及測試情況,對關鍵指標的閉合情況進行再次確認,確保各個關鍵環節的功能正常。

7月23日,長征五號遙四運載火箭發射天問一號火星探測器(國家航天局新聞宣傳中心 張高翔攝)

“50000+”——50000多條焊縫質量復查確認

焊縫質量直接影響到相關產品功能、性能的實現,特別是火箭箭體結構、增壓輸送管路以及火箭各級發動機上的一些關鍵焊縫,不僅數量龐大,更是直接影響到火箭發射的成敗,焊縫質量控制始終是運載火箭產品質量控制中的重要環節之一。

作為目前我國規模最大、系統構成最復雜的運載火箭,長征五號運載火箭上共有各類焊縫50000多條,其中絕大多數是I級焊縫。研制團隊通過X光透照、液壓氣密試驗、焊縫氦質譜檢測、熒光檢查、表面著色檢查、超聲波檢查、煤油滲透檢查、試驗件剖切檢查等多種檢測手段,對焊縫質量進行了100%覆蓋的檢查確認,其中,發動機產品的焊縫還經過了校准試車試驗的考核。經過檢查,長征五號遙四火箭所有焊縫質量穩定可靠,可以滿足火箭飛行的使用要求。

(責編:趙竹青、呂騫)

分享讓更多人看到