在太原衛星發射中心成功發射的長征六號開創我國一箭多星發射新紀錄。作為我國新一代運載火箭的首飛箭,長征六號“新”在哪里?記者走訪了長征六號抓總研制單位——中國航天科技集團公司上海航天技術研究院。
“三平”的測發新模式
以往,火箭研制完畢從總裝車間運往發射場,大多是分段運輸,然后在發射場的塔架上完成火箭各子級的垂直吊裝總裝和測試。長征六號對這一傳統模式進行了徹底變革,創造性地采用了“三平”測發新模式,即水平整體測試、水平整體星箭對接、水平整體運輸起豎發射。
此次發射的長征六號在水平狀態下完成全箭總裝和測試,包括與20顆衛星的對接。整發火箭也是水平放置于專門研制的自行式整體運輸起豎車上,由起豎車將火箭水平運輸至發射工位,一氣呵成地完成水平對接、翻轉起豎、垂直定位、燃料加注和發射等動作。
承載長征六號的自行式整體運輸起豎車集火箭運輸、起豎、發射臍帶塔功能于一體,火箭穩穩地安坐其上,就能完成從測試到加注發射的所有流程。而且車輛可以實現自動導航無人駕駛及精確定位,三向定位精度誤差不超過5毫米。
為了適應火箭“三平”測發需要,上海航天對地面測發控系統也進行了改進,將各種測試設備集成安裝到五個方艙內,形成了一輛移動的“體檢車”,車隨箭走,大大簡化測發流程。
回收利用的航天新技術
長征六號首次采用了我國最新研制的高壓、大推力、無毒、無污染的補燃循環液氧煤油發動機。一級直徑3.35米,采用單臺最大推力為120噸的液氧/煤油發動機,二、三級直徑2.25米,分別采用一臺液氧/煤油發動機和一臺常規推進劑發動機。火箭起飛推力1200千牛。
為了獲得更大的運載能力,長征六號火箭采用了一系列全新的設計方案,獨特的發動機氧箱自生增壓技術是最大亮點。由于火箭在飛行中,需要不斷對發動機氧箱進行增壓,傳統設計中,需要額外增加獨立的增壓氣瓶。自增壓方案利用發動機燃氣發生器的富余氧氣為一級氧箱進行增壓,可為火箭減少12個單獨的增壓氣瓶以及一整套冗余增壓系統,大大優化火箭總體方案并減少質量隱患。
這項回收利用的航天新技術在國際上從未曾有過先例。上海航天科技人員開展了大量試驗和攻關,充分驗證方案可行性,并通過熱試車有效驗證了增壓系統的工作性能,僅增壓輸送系統就申請了16項專利。
此外,長征六號還創造性地使用了發動機燃氣滾控系統,利用一級發動機渦輪泵后引出高溫高壓富氧燃氣,與發動機一起對火箭進行滾動姿態控制,保證火箭飛行過程中的姿態穩定,在國際上也屬首創。
全新的火箭“神經網絡”
控制系統是火箭的“神經網絡”。長征六號緊跟國際運載火箭發展趨勢,將控制、測量、供配電組成全新的電氣系統,實現了箭上信息一體化、供配電一體化和地面測發控系統一體化,有效提高了火箭電氣系統的先進性、可靠性與適應性。
在控制系統中,采用了“雙八表捷聯慣組組合導航”技術和“迭代制導”技術,綜合利用地面測控網、導航星座系統和中繼衛星,實現天基測控和地基測控相結合,在火箭飛行過程中對火箭狀態進行實時測量,實現更高的導航精度,以確保衛星入軌精度達到百米級,在太空實現點對點的“上門投遞”。
航天“智造”的新工藝
長征六號在設計中采用了全箭數字化協同研發及一體化總裝集成技術。將設計轉化為實物,充分展現了航天“智造”的新工藝。
為了大幅降低火箭自重,長征六號運載火箭首次采用大溫差隔熱復合材料夾層共底貯箱。夾層共底需承受液氧、煤油兩個獨立系統的正壓、反壓載荷,同時還要抵抗液氧和煤油之間將近200攝氏度的溫差。經過16個月研制,上海航天最終攻克一系列難題,并掌握了激光掃描及仿形加工、結構件整體膠接成型等關鍵制造技術。
閥門是火箭管路中的關鍵部件,溫差變化容易造成閥門產品的收縮、膨脹變形,從而影響氣密。長征六號上各種各樣的閥門有40多種、90余件,溫度從-196℃到50℃。大溫度跨差對閥門的原材料選型、零件機加工精度、裝配試驗維護等產生了一系列影響。技術人員經過10個月艱苦攻關,最終掌握低溫閥門研制技術。
通過長征六號的研制,上海航天還掌握了高精度膜片貯箱制造加工、高壓引流伺服系統、低溫靜力試驗技術等一大批自主關鍵技術,有力推動了航天制造技術快速發展,帶動一大批工藝技術改進。
長征六號首飛箭發射了20顆衛星。為了滿足多星發射需求,長征六號在國內首次采用了馮卡門復合材料全透波衛星整流罩,使衛星整流罩具備了全向透波能力,有力改善全箭力學環境和衛星環境條件。通過對多星發射技術的探索,還形成了系列化、標準化的多星發射接口,為今后進一步降低衛星發射成本、提升多星發射能力奠定了技術基礎。
在長征六號研制的基礎上,上海航天還將繼續研制新一代中型運載火箭,打造長征六號升級版,形成系列化產品。長征六號升級版有望在“十三五”期間實現首飛。