火箭为嫦娥三号“瘦身”增运载 应用新工艺材料

来源: 中国航天报 

[导读]承担此次嫦娥三号探测器发射任务的长征三号乙改进型运载火箭,为捆绑式三级液体运载火箭。与承担嫦娥二号发射任务的火箭相比,这枚火箭采用了多项新技术,进行了多项技术状态更改,突破了多轨道、窄窗口发射和高精度入轨技术,可靠性和安全性也得到进一步提高。

承担此次嫦娥三号探测器发射任务的长征三号乙改进型运载火箭,为捆绑式三级液体运载火箭。与承担嫦娥二号发射任务的火箭相比,这枚火箭采用了多项新技术,进行了多项技术状态更改,突破了多轨道、窄窗口发射和高精度入轨技术,可靠性和安全性也得到进一步提高。

作为我国在国际商业发射服务市场上的主力火箭,长三乙近些年来取得了辉煌的成绩。长三乙总设计师姜杰一脸自豪地说:“近三年来,长三乙承担了探月工程、北斗工程、通信卫星等共26次发射任务,全部取得了成功。”在高密度发射的情况下能取得如此显赫的成绩,实属不易。但即便这样,长三乙研制团队在对待此次嫦三发射任务时,仍然不敢有丝毫自满与懈怠。

提前验证新技术

作为一枚老牌火箭,长三乙近年来进行了不少技术革新和软硬件升级。再加上此次任务对精度要求的提高,与嫦娥二号任务相比,这枚火箭对多项技术、软硬件进行了升级换代。“我们有意识地将一些新技术提前进行飞行验证,这枚火箭上一多半新技术都已经过飞行试验,可靠性得到了确认,一些没办法上天试验的,我们都在地面进行了充分验证。”姜杰说。

与嫦二相比,此次嫦三任务对精度的要求提高了三倍多,这使火箭的制导控制系统面临巨大的考验。早在2006年接到任务时,该研制团队就开始琢磨如何满足高精度的要求,经过反复讨论、验证,最终确定采用双激光惯组加卫星导航修正的复合制导技术。

控制系统就是火箭的大脑,它直接关系到火箭的飞行姿态是否稳定,能否精确入轨。“双惯组制导就好比是火箭的两只眼睛,而卫星导航的作用就是给火箭指路,不仅火箭能更清楚地自己看路,旁边还有卫星帮忙导航,这样就能保证火箭入轨的高精度。”长三乙火箭副总设计师汪玲介绍说,这项技术在去年已经完成了飞行验证,效果也很理想。

为了达到可视化的目的,图像技术的应用也是这枚火箭的一个看点。这不仅能让设计师们实时、直观地看到火箭飞行的状态,也能让普通观众通过电视直播画面清楚地看到火箭飞行中的几个分离动作。在此之前,设计师们只能通过观看模拟动画和参数来确定火箭飞行是否正常、稳定。

正所谓外行看热闹,内行看门道。火箭副总设计师刘建忠说,设计师们主要是观察助推器分离、一二级火箭分离、整流罩分离、二三级火箭分离、探测器与火箭分离等几个火箭飞行中的关键动作的完成情况,这样就能直观地看到火箭飞行正常与否。

此外,因为要在月球上软着陆,嫦三有“四条腿”,设计师们为其量身定制了一个高支架,使其能稳稳当当地“坐”在火箭上。

“瘦身”就是增运载

与嫦二相比,嫦三的体重增加了1300千克,如何直接将其精准地送入38万公里的地月转移轨道,是对火箭的严峻考验。

为了担负嫦三的重量,这枚火箭对自身的体重进行了严格控制。“减重”是火箭对其单机产品下达的死命令。“火箭的大多数产品都顶着减重的指标,其中气瓶、贮箱和防晃板等一共减了约30千克的体重,对火箭‘瘦身’的贡献最大。”副总指挥金志强介绍道,“当然,在给火箭减重的同时,还要满足设计指标。”

在此前的发射任务中,长三乙火箭都是使用3个20升的钛合金气瓶,为了满足减重的指标,设计师们经过反复验证,发现新型复合材料不仅在强度上能够满足需求,重量也比钛合金轻了不少。据了解,这枚火箭上装载了新型复合材料气瓶,不仅容量更大,重量也减少了10千克左右。

火箭贮箱不太平整的壁板也被身负减重指标的设计师们盯上,通过改进生产加工工艺,贮箱壁板变得更薄、更轻,在强度满足指标要求的前提下成功减重约10千克。

因为长三乙装载的是液体燃料,为了防止燃料晃动影响飞行姿态,火箭的燃料箱体里面通常都要放置防晃板。经过对这枚火箭燃料箱体里的防晃板重新设计,也为火箭成功“瘦身”10千克。

跑好“接力赛”的第一棒

“准时发射、准确入轨、圆满成功,是这次火箭发射任务的目标。”长三乙火箭总指挥岑拯说,“此次嫦三任务是我国探月工程中的一个里程碑,因此对整个火箭研制团队也无需太多动员,大家心里都十分清楚任务的重要性。”

为了当好嫦三奔月的“天梯”,跑好这场“接力赛”的第一棒,这枚火箭进行了充分的准备。“打得越准,就越能为嫦三节省轨道修正所需的燃料,对后续任务的完成帮助也越大。”一位团队成员如是说。

在产品质量与可靠性方面,从单机质量的检测,到新技术的验证,再到专家的复核复算,火箭研制团队对高标准、高可靠性的追求近乎苛刻。由于此次任务的特殊性,该团队的各项工作都按照首飞的标准来进行,姜杰告诉记者,“所有涉及这枚火箭的产品,从单机到元器件,我们都是优中选优,整箭也进行了多达两轮35次的总检查。”

在人员构成上,这枚火箭的研制团队全部由精兵强将组成,每个人都是专业技术骨干,整个研制队伍经过了多次发射任务的考验,技术精湛,经验丰富。此外,组织、管理、保障等各个方面的工作,都有一个明确的总目标——确保任务成功。

“能力强,发射次数多,成功率高。”当被问及为何选中长三乙执行此次嫦三发射任务时,岑拯简明的回答中流露出他对这枚火箭满满的信心。“能者就应当多劳,这几年长三乙高密度发射,承担发射任务之多,成功率之高,让它得到了更多的信任,也让我们整个研制团队信心倍增。”(胡逢超)

责任编辑:丛培昕