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火箭专家揭秘长征二号FT1火箭 制导方式改变

时间:2019-09-13 06:20

来源:网络整理作者:体育网点击:

改进型长二F火箭  海晗/CFP

改进型长二F火箭 海晗/CFP


  伴随着我国载人航天工程空间交会对接任务大幕的拉开,承担将天宫一号目标飞行器送入太空的改进型长二F火箭成了社会广泛关注的焦点。

  3年前的金秋时节,弱水河畔,中国航天史上技术最复杂、可靠性和安全性指标最高的火箭——长征二号F运载火箭一飞冲天,成功托举神舟七号飞船上天,令世界瞩目。

  而今天的长征二号FT1,从外到内又是焕然一新,在运载能力和入轨精度上均有很大提高,航天人早已将其定义:“这完全是一枚全新的火箭。”

  与之前相比,改进型长二F火箭有什么新变化、新突破?带着疑问,记者走访了中国航天科技集团公司一院运载火箭系统的相关专家,试图揭开长征二号FT1火箭的神秘面纱。

  “皇冠”用上冯·卡门曲线

  在发射“天宫一号”时,火箭外形上的最大变化是整流罩。整流罩位于火箭顶端,有着火箭的“皇冠”之称。

  火箭升空前,整流罩在地面保护飞船或卫星,保证飞船或卫星对温度、湿度、洁净度的要求。而在火箭升空穿过大气层时,整流罩可以使飞船或卫星免受气动力和气动热损伤。其在整个火箭系统中的重要性不言而喻。

  中国航天科技集团公司一院改进型长二F火箭总设计师荆木春介绍说,长征二号FT1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。

  天宫一号的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·卡门是美国工程力学大师、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。

  据荆木春介绍,整流罩的增大加长,与天宫一号的体积密切相关,因为天宫一号比神舟飞船的体积大。而整流罩头部设计采用冯·卡门曲线的意义就在于,该技术减少了火箭飞行过程中的阻力干扰,减少了火箭飞行过程中对天宫一号的颠簸,降低了飞行器可能在飞行过程中的受损几率。

  然而,冯·卡门曲线整流罩的生产,却非易事,具有很高的技术难度。荆木春说:“与以前不同,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。”

  长征二号FT1研制团队在进行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。“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。”荆木春说。

  火箭换上新“大脑”

  “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。因此,如果将发动机比喻为火箭的‘心脏’,那控制系统则起着类似人体‘神经中枢’的作用。”中国航天科技集团公司一院长征二号FT1火箭副总设计师宋征宇说。

  据宋征宇介绍,这枚长征二号FT1火箭的控制系统是个全新的系统,与发射“神七”的“长二F”相比,使用的方案、原理、具体设备、软硬件等方面都发生了很大变化。“相当于给火箭置换了一个全新的‘神经系统’。”宋征宇笑称。

  在控制系统所发生的这些变化中,制导方式首次由原来的摄动制导改为迭代制导,这无疑是其中的亮点。

  宋征宇对此解释,摄动制导主要是让火箭按照标准弹道飞行。迭代制导则是随着现代计算机技术和最优控制理论发展而出现的一种自适应制导技术,是根据火箭当前的速度、位置以及预估的入轨点,不断调整自己的飞行轨迹。

  “打个比方说,家住五环路,工作单位在三环路。摄动制导给你规定好了具体路径,而迭代制导只是告诉你目的地,并不限制具体路径。”火箭总设计师荆木春曾经形象地比喻道。

  “采用迭代制导以后,火箭不仅入轨精度提高了一个量级,而且在飞行过程中对外界干扰的适应能力增强了。高的入轨精度可以调整飞船自身调整轨道的工作,从而节省了燃料,提升了运载能力,可以搭载更多的有效载荷来进行相关的科学实验,延长使用寿命。”宋征宇说。

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