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发射中星11号卫星的长三乙火箭应用新技术
来源:中国航天报     日期:2013年05月03日    字体:【】【】【


       执行此次中星11号卫星发射任务的长三乙火箭,作为长三甲系列火箭家族中的一员,历年来已经执行过多次发射任务,是一枚名副其实的“老火箭”了,相对来说,它的参数、状态、性能等各方面都相对成熟、稳定。

  然而,就是这样一枚“老火箭”,却在控制系统、发控系统、测量系统等
几个分系统中出现了新的变化,中间还蕴含着火箭未来发展的新趋势。


       惯组系统登台唱上“主角”

  2004年,从长三甲系列火箭首次采用主从冗余的控制系统后,“激光惯性
测量组合”系统便一直作为平台系统的辅助,配合承担着火箭飞行过程中的控制、制导工作。

  而此次用来托举中星11号卫星升空的长三乙火箭,将火箭的控制系统来了
个180度的大转变——惯组系统为主,平台为辅。就这样,惯组系统从此登台“唱主角”了。

  对于庞大、复杂的整个火箭系统来说,任何一点细小的更改都要经过反复
、仔细的验证,此次对控制系统的更改也不例外。

  “其实从2004年首次采用‘平台加惯组’的复合控制系统后,两套控制系
统在火箭飞行过程中都要运行,只是惯组系统并不真正控制火箭而已。”一院试验队控制系统副总师汪玲介绍说,“经过多年的监测、对比,我们认为惯组系统的可靠性、稳定性和精确性都已基本满足控制要求,也就是说,惯组系统已经具备了登台‘唱主角’的前提条件。”

  记者了解到,相对于使用了几十年的平台系统来说,惯组系统本身没有机
械结构,它在可靠性方面也相对高一些。同时,在发射前的测试中,惯组系统也相对比较简单。

  正是由于惯组系统在上述这些方面的优势,使得惯组系统成为了未来运载
火箭控制系统的一个发展趋势。汪玲还透露,长三甲系列火箭从现在开始,进入控制系统转变的过渡阶段,“算上这枚火箭,未来我们还有4枚火箭使用的是‘惯组为主、平台为辅’的控制系统。预计到2015年以后,长三甲系列所有的运载火箭都将使用双惯组制导控制系统。”


       新材料气瓶为火箭减重

  除了控制系统的变化外,该枚火箭在气瓶的选择上也有新的变化。为了让
火箭发动机的高压氦气供应更加可靠,让火箭发动机工作更加稳定,如何让气瓶装得更多成为火箭发控系统人员思考的问题。

  “经过反复论证,我们发现以碳纤维为主要承力件的复合材料气瓶能够满
足要求。”一院试验队队员刘文川说,复合材料气瓶除了承压能力、疲劳寿命等性能指标满足使用要求外,还需要经受火箭振动环境和热环境的“考验”。

  试验中,复合材料气瓶顺利通过了震动试验,但在进行热辐射试验时,却
出现了问题,由于复合材料属于非金属材料,在耐热方面达不到试验要求

  但这并没有难倒设计人员,他们将隔热性能好、重量轻的镀铝薄膜包覆在
气瓶上,成功地通过了热环境试验。由此,复合材料气瓶的方案得以通过

  据了解,此前长三甲系列火箭使用的是3个20升的钛合金气瓶,此次执行
任务的长三乙火箭使用的是2个40升的复合材料气瓶,能多装20升的高压氦气,因此给火箭发动机供气的可靠性更强。

  而在气瓶自身的重量方面,由于该复合材料大部分采用的是质量轻、强度
高的碳纤维,相比钛合金材料,它的重量更轻。也就是说,在重量一样的情况下,复合材料的气瓶能够装得更多。

  “换成复合材料气瓶后,气瓶自身的总重量比原来钛合金气瓶减少了10公
斤,在为火箭减重方面也有一定的贡献。”刘文川说,“正是由于复合材料气瓶的优势,因此在未来运载火箭上,复合材料气瓶的应用将会是一个必然的趋势。”


       实时图像监测确保成功

  在测量系统方面,主要是根据其他分系统的变化,采取了一些适应性改变
。实时图像监测的采用,算是此次火箭测量系统中比较新的变化了。

  “在火箭飞行期间的实时监测上,我们在火箭上加装了许多摄像头,采用
实时图像监测的办法。”试验队相关人员告诉记者,通过实时图像,能够很直观地看到火箭飞行过程中的助推分离、一二级分离、二三级分离、抛整流罩、星箭分离等火箭飞行中的几个关键分离动作。

  同时,该火箭的设计人员针对出现过故障的薄弱环节和关系到成败的关键
部位,安装了摄像头,实时监测它们在火箭飞行中的工作状况。“一旦出现问题,我们就能很直观地看见问题所在,这对于后续归零有相当大的帮助。”一位试验队员告诉记者。

  据介绍,这是长三甲系列火箭中,第二次正式采用实时图像监测。而此前
对火箭飞行中的监测,主要通过一些具体的参数进行分析和判断。(胡逢超)

  

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