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“胖五”重生!长征五号遥三火箭成功发射实践

作者: admin发布时间:2019-12-28 23:47

科技日报记者付毅飞

2019年12月27日20时45分,长征五号遥三运载火箭(以下简称长征五号)在中国文昌航天发射场发射升空,成功将实践二十号卫星送入预定轨道。

这是长征五号第三次发射,也是时隔两年多后再次执行发射任务。


科技日报记者付毅飞 摄

2006年10月,经国务院批准,国家航天局正式开展长征五号运载火箭立项研制,拉开了我国新一代运载火箭工程研制的帷幕。长征五号由中国航天科技集团一院抓总研制,是我国首型大推力无毒无污染液体火箭,运载能力位居世界前列。它将服务于我国探月工程三期、载人空间站建设、火星探测等重大专项任务,也可用于不同地球轨道大型载荷及其它深空探测任务载荷的发射。

一院院长王小军介绍,长征五号在大幅提升我国自主进入空间能力的同时,也为构筑我国新一代运载火箭系列型谱以及发展重型运载火箭奠定了坚实的技术基础。


重生,“胖五”完成华丽涅槃

作为我国首型5米芯级直径的大推力运载火箭,长征五号因为体型宽大,被亲切地称呼为“胖五”。

经过10余年的工程研制,长征五号先后于 2016年11月3日和2017年7月2日实施两次发射,其中首次发射取得圆满成功,遥二火箭因发动机局部结构问题未能将卫星送入预定轨道。

“经过两年多的归零和验证工作,研制团队攻克了发动机技术难关,解决了问题,消除了隐患,认识水平和技术能力都得到了进一步的提高。”长征五号火箭总指挥王珏说。

在完成发动机问题归零的同时,该火箭的技术改进和可靠性提升工作也实现了突破。

长征五号火箭总设计师李东介绍,火箭各系统都深入开展了再分析、再设计和再验证工作,全面审视在设计、产品以及过程控制等方面工作的有效性。一方面围绕设计全链路清理、飞行任务剖面、试验充分性、测试覆盖性、环境适应性等线索开展正向检查确认,解决全面性问题;另一方面以问题为导向,针对故障调查中发现的薄弱环节,开展设计简洁性、角焊缝复查、铸件质量、频率管理和产品动强度再复核等方面的反向回归检查确认,有针对性地发现问题、解决问题。

据了解,长征五号遥三火箭在遥二火箭基础上,进行了200余项技术改进,其中比较重大的技术改进有9项,包括发动机设计、长排整流罩设计、利用系统调节方案等。


揭秘,成功背后的一波三折

从遥二发射失利到遥三发射成功,在“胖五”重生的900多个日夜中,研制团队在攻克氢氧发动机技术难题中不断提升着技术认识。

长征五号遥二火箭失利后,经过100余天的故障排查与定位,180余天的试验验证,失利原因终于确认,是由于火箭芯一级氢氧发动机在复杂力热环境下局部结构发生异常,发动机推力瞬时大幅下降所致。

“在归零过程中,通过建立故障树,对50多个可能造成推力下降的事件进行了逐一的排查,最终确认了故障的最大可能原因。”李东说,“此后根据故障调查的结论,对芯一级氢氧发动机进行了设计改进,从结构、材料和工艺等方面都采取了相应的改进措施,提高了对飞行环境的适应性。”

2018年11月,初步改进后的芯一级氢氧发动机在长程试车过程中出现问题。根据故障原因,研制团队再次对发动机的局部薄弱环节进行改进,提高了结构的动强度裕度。该产品于2019年2月顺利通过了两次长程试车验证。

2019年4月,在长征五号遥三火箭的总装工作进入到最后阶段时,一台用于后续任务的芯一级氢氧发动机在试验数据分析过程中出现“异常振动频率”。研制人员顺藤摸瓜,找到了症结所在。“发动机局部结构对复杂力热环境非常敏感,容易引起共振,且一旦激发,不易衰减。”李东介绍说。

为了抑制振动,研制人员开展了大量设计和试验,找到了一种快速、有效的改进方案。一院党委书记、长征五号火箭第一总指挥李明华介绍:“在解决发动机振动的问题上,我们先后探索了三条路。经过反复分析研究,综合考虑各方面因素,决定抓主要矛盾、抓问题根源,对发动机结构进行局部改进。”

这次改进彻底解决了长征五号的发动机问题。改进后的发动机经过10余次3000余秒的试验验证,证明了改进措施的有效性。

2019年10月,长征五号遥三火箭通过出厂评审,运抵文昌航天发射场。12月27日,它以一次完美的飞行,为2019年中国航天发射画上了圆满的句号。


期待,梦想之箭大有可为

作为我国目前运载能力最大的火箭,长征五号肩负着开展载人航天空间站建设、月球采样返回、火星探测等多项重大航天工程任务,是承载中华民族对浩瀚宇宙向往的“梦想之箭”,也是我国由航天大国迈向航天强国的重要标志。

李东介绍,长征五号火箭采用多种构型系列化设计的技术途径。其中,一级半构型的长征五号B运载火箭,近地轨道的运载能力达到25吨左右,可以有力支撑我国载人航天空间站的建设;两级半构型的长征五号运载火箭,地球同步轨道运载能力达到14吨,可以用于发射大型高轨道卫星、实施月球采样返回、开展深空探测等任务。

“此次遥三发射任务的成功,也标志着长征五号火箭将加速进入工程应用阶段。”王小军表示,2020年,我国计划用长征五号火箭发射嫦娥五号月球探测器实施月球采样返回,以及发射火星探测器等,并完成长征五号B火箭的首次发射任务。目前执行后续各项任务的长五火箭研制进展顺利,正在按计划开展各项生产、装配和测试工作。

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责任编辑:陈可轩

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