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人民网天宫一号全景报道

荆木春谈火箭的新特点:一枚全新火箭的诞生

2011年09月30日09:22    来源:人民网-科技频道     手机看新闻分享到

  2011年,随着载人航天工程首次空间交会对接任务大幕的开启,有着“神箭”之称的长征二号F火箭又承担起了新的历史使命——助力天宫一号目标飞行器和神舟八号无人飞船的“太空相会”。

  虽然仍被称作“长二F”或被叫做改进型“长二F”,但火箭从外到内焕然一新,在运载能力和入轨精度上均有很大提高。用科研人员的话说:“这完全是一枚全新的火箭”。

  整流罩用上冯·卡门曲线

  据中国航天科技集团公司一院火箭总设计师荆木春介绍,改进型长二F火箭具有发射目标飞行器和飞船的两个状态,运载能力分别为8.6吨和8.1吨,比传统状态的“长二F”提高了0.6吨和0.1吨。由于目标飞行器不载人,发射这一状态的长二F火箭取消了逃逸塔装置。

  在发射“天宫一号”时,火箭外形上的最大变化是整流罩,不仅长度由先前的10.7米增至12.7米,最大直径也由先前的3.8米增至4.2米,而且头部还采用了流线式的冯·卡门曲线。这也是最吸引公众眼球的重大变化。

  冯·卡门是美国工程理学大师、航天技术理论的开拓者,也是我国航天之父钱学森的老师。冯·卡门曲线,便是基于他的研究成果而画出的曲线。

  “整流罩的增大加长,与‘天宫一号’的体积密切相关。‘天宫一号’比神舟飞船的体积大。”荆木春说,“整流罩头部设计采用冯·卡门曲线的意义在于,更好的减小空气阻力,减轻载荷影响。”

  然而,冯·卡门曲线整流罩的生产,却并非如探囊取物般容易,具有很高的技术难度。荆木春解释说:“与以往不同,冯·卡门曲线头部展开之后并不是一个平面,涉及很多复杂的加工工艺以及材料成型的问题。”

  “长二F”研制团队在进行了一系列艰苦的工艺攻关、论证后,才最终将采用冯·卡门曲线的整流罩从理论变成现实。

  除了整流罩的外形变化,火箭箭体结构系统的助推器的内部顶端形状也发生了变化,由原来的椭球型变成锥形。荆木春表示:“这样做可以承载更多推进剂,使火箭的运载能力提高100多公斤。这对载人航天工程有着不小的贡献。”

  采用两套惯组提高精度

  任何一发火箭在点火升空之后之所以能够按照预定轨迹飞行,并且最终能够精确地将目标送入预定轨道,主要是靠火箭的控制系统来完成整个过程。

  据荆木春介绍,改进型长二F火箭的控制系统是个全新的系统,从使用的方案、原理、具体设备、软硬件等方面都与传统状态的“长二F”发生了很大变化,相当于给火箭置换了一个全新的“大脑”。

  这里不得不提一个专业词汇——惯性测量组合,简称“惯组”。它是火箭控制系统的核心,是影响火箭入轨精度的关键部件。

  和先前的长二F火箭相比,改进型长二F火箭控制系统的一个重大更改是,取消原先的气浮陀螺平台,采用两套惯组作为测量装置。这样一来,可以更好地满足火箭在俯仰偏航方向上的机动要求。

  有了上述制导工具,改进型长二F火箭在制导方式上,首次使用了迭代制导技术。这些做法都是为了满足交会对接任务对火箭入轨精度、轨道调整适应性和可靠性等多个方面的要求。

  不过,首次交会对接任务对“天宫一号”的入轨精度并没有很高要求,但对“神舟八号”的入轨精度要求很高。因此,工程研制人员选择了两套制导方案:当发射目标飞行器时,火箭仅采用摄动制导;当发射飞船时,火箭采用“摄动+迭代”组合制导。

  当然,在多达170多项的火箭系统技术变化中,重要变化远不止这几项。长二F火箭研制团队还对动力系统、遥测系统和故障检测系统等采取了一系列措施,不断提高火箭的可靠性,而这是个永恒、无止境的过程。(中国航天报社记者 索阿娣 李冠礁)
(责任编辑:李丹(实习))

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