三送天舟會天和:奏響“冰與火之歌”
三送天舟會天和:奏響“冰與火之歌”
5月10日凌晨,伴隨著震耳欲聾的轟鳴聲,長征七號遙五運載火箭從團團白霧中噴薄而出,在天際劃出一道金色曲線,成功將天舟四號貨運飛船送入預(yù)定軌道。
這是中國空間站開啟在軌建造以來,長征七號運載火箭第3次將天舟貨運飛船送入太空。
“又一次攜手奔赴空間站天和核心艙,‘快遞小哥’與它的‘乘客’已十分默契,火箭總體技術(shù)狀態(tài)也逐漸趨于穩(wěn)定,飛行可靠性評估值達0.9838這一先進水平。”中國航天科技集團一院長征七號運載火箭總體主任設(shè)計師邵業(yè)濤說。
要把載有大批物資的貨運飛船按時送入太空,就必須有運力足、“力氣”大、可靠性高的運載火箭。長征七號運載火箭近地軌道運載能力達13.5噸,比采用傳統(tǒng)燃料的運載火箭多出一半以上。作為一枚名副其實的“冰箭”,長征七號在南海之畔奏響一曲“冰與火之歌”。
一院總體部火箭設(shè)計專家徐利杰告訴記者,火箭是衛(wèi)星等載荷通往太空的“專車”,對于這輛“專車”來說,自重越小越好,能提供動力的燃料越多越好。因為這樣,就可以把盡可能多的“運量”留給“乘客”。
長征七號是個“鋼筋鐵骨”的大個子,總體重500余噸,但90%甚至更多都是燃料的重量,箭體外殼、電纜、儀器等重量加在一起只有50余噸。
徐利杰說,燃料在火箭總體重中比重越大,火箭的結(jié)構(gòu)效率越高,說明設(shè)計越合理。火箭的外殼、電纜、儀器等重量被稱為“死重”,要把這些部件盡可能設(shè)計得簡潔、功能強大,以減輕重量。
值得一提的是,火箭噴射時的溫度最高可達到3000攝氏度,發(fā)射瞬間形成的白霧正是發(fā)射塔架底部數(shù)十米深的導(dǎo)流槽里的水蒸發(fā)而成,水蒸氣帶走大量的熱量為火箭降溫。
“但噴水降溫對低溫火箭長征七號而言還遠遠不夠。”徐利杰說,當火箭矗立在陽光下,箭體上的水像雨一樣嘩嘩往下流,而在火箭艙體中,則是零下183攝氏度的低溫。
這是因為長征七號的燃料中有液態(tài)氧。徐利杰說,液氧煤油發(fā)動機被譽為世界航天動力領(lǐng)域的珠穆朗瑪峰,采用無毒無污染的液氧煤油做燃料,經(jīng)濟上比常規(guī)發(fā)動機推進劑便宜60%,并且可重復(fù)使用。其溫度之低也會使長征七號表面出現(xiàn)水蒸氣凝結(jié)現(xiàn)象。
低溫燃料加注后,試驗現(xiàn)場的發(fā)射塔就像一個“大冷庫”,貯箱隔板外全是厚厚的霜,試驗隊員每次去檢查,頭發(fā)和眉毛上都會結(jié)一層厚厚的霜。
長征七號運載火箭動力系統(tǒng)總指揮鄧新宇說,低溫燃料不僅溫度極低,且易燃易爆易蒸發(fā)。
“目前長征七號加注燃料后停放最長時間為24小時。”鄧新宇說,在火箭研制之初,科研人員就把燃料加注后停放24小時作為一項設(shè)計標準納入型號研制過程,為成功發(fā)射爭取更多有利時間。
在“冰火兩重天”的強烈反差下,長征七號如何練就一身防水“金鐘罩”?
一院總體部火箭設(shè)計專家盧松濤說,長征七號對“水”的防護滲透到了每個設(shè)計細節(jié)中,比如在常規(guī)型號中,用來平衡整流罩內(nèi)外壓力的排氣孔,在內(nèi)陸發(fā)射時不需要做單獨的防水,但是在長征七號上,排氣孔也做了專門的防水措施。
他告訴記者,在防水設(shè)計中,科研人員遵循“能單機解決的,不在系統(tǒng)解決,能系統(tǒng)解決的,不在總體解決”原則,從“產(chǎn)品源頭”解決防水問題。
除了一身防水“金鐘罩”,長征七號的低溫液氧貯箱表面還穿著一層厚厚的“棉衣”,主要起到隔絕熱傳導(dǎo)的作用。穿上“棉衣”之后,貯箱內(nèi)部能夠保持足夠的低溫環(huán)境,使得液氧推進劑不會因溫度升高而大量揮發(fā),貯箱外部溫度也不會太低,以至于對外部儀器、人員等造成凍傷。
“厚棉衣”的主要組成成分是一種塑料泡沫。在棉衣制作過程中,需要使用發(fā)泡劑使泡沫膨脹成形,長征七號則使用了一種新型無氟發(fā)泡劑,不會對地球臭氧層造成危害。
盧松濤說,和以往相比,長征七號液氧貯箱所穿“棉衣”中取消了一層金屬鋁箔,并實現(xiàn)了自動噴涂泡沫和表面機加的自動化生產(chǎn)。這些改進不僅大大提高了低溫液氧貯箱的“棉衣”生產(chǎn)效率,還使“棉衣”更為綠色環(huán)保、質(zhì)地輕盈。
中青報·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來源:中國青年報