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中华“神箭”——“长征”-2F运载火箭是在已经投入使用“长征”-2E运载火箭的基础上改进而成的。那么,为什么要改进?改进后的“长征”-2F运载火箭又有哪些过人之处呢?
从理论上说,只要能将载人飞船送到预定轨道,都可以用来作为运载工具。但在实际中,载人飞船所应用的运载却与发射常规航天器所用的运载火箭存在着很大差异。一般载人飞船的运行轨道倾角在40°~60°之间,高度为200km~500km,飞船质量5t~10t。如果是登月飞船,其有效载荷更大,逃逸轨道的运载能力需达到40t~50t。因此,要将飞船送入预定轨道,就要求运载火箭起飞推力足够大。同时,要在安全性、高可靠性上下功夫,还要考虑航天员所能承受的过载能力。为了提高安全性,运载火箭最好采用无毒、无害的推进剂。所以,一般选用可靠性高、运载能力大、使用无污染推进剂的两级液体火箭作为载人飞船的工具。“长征”-2F的研制中突出了以下特点:
逃逸系统很可靠。这是有别于发射常规航天器所用的运载火箭的主要区别。在航天发射中,如果运载火箭发生了危及航天员生命安全的特殊情况,逃逸系统是保证航天员从火箭顶端的载人飞船内及时逃离的关键设备。由于这个系统属于载人飞船所使用的运载火箭的特殊设备,所以,在后面我们还要专门进行介绍,在此不多累赘。
系统设计多冗余。我们知道载人飞船发射中,运载火箭的可靠性是至关重要的,是首先并特别要注意的问题。火箭和飞船都是在极其恶劣的环境下工作的,其部件,特别是电子元器件很容易出现故障。实践证明,如果同样的电子元器件在实验室和火箭上使用,则后者发生的概率是前者的80倍。火箭和飞船的构造非常复杂,所用的零件多达几十万个。有一个零件出现故障,就有可能使整个航天器出事故,因此,若元件的可靠性是999999%,整个航天器的可靠性只能37%。为使航天器高度安全可靠,整体可靠性应达到999999%。这时要求元件的可靠性应达到9999999999%(10个9);就是说,抽验100亿个元件,不可靠的不得多于1个。显然,这几乎是不可能做到的;为此,对关键的部件及分系统,载人航天器上都设置了备份,甚至是3备份。一般地讲,发射卫星用的运载火箭可靠性达到09以上就可以使用,但发射载人飞船时,运载火箭可靠性应达到097或更高。这就要求火箭的发动机、控制、分离机构等各系统的可靠性应大大提高。为了提高可靠性,在设计中采用冗余技术,管理中利用高的试验标准和质量保证规范,并以大量地面试验做基础。
故障能够早检测。从前面介绍中,我们知道如果我们把航天发射中的绝对安全系数设定为1,那么,发射卫星所用的运载火箭可靠性只要达到09以上就可以使用,发射载人飞船时,因为考虑到人的安全因素,运载火箭的可靠性则必须要达到097以上。为此,“长征”-2F运载火箭比起发射常规航天器所使用的运载火箭,除了在生产工艺和系统技术上有了很大的提高外,而且还新增了故障检测诊断系统。这个系统在火箭的发射前和火箭的初始阶段,能准确的判断和预报运载火箭的各部件工作情况,为载人航天发射的及早发现危险和及早决策处置提供了可能。故障检测处理系统有两个主要任务,一是检测火箭的重要参数,判断火箭故障,出现故障时向有关系统发出逃逸指令和中止飞行指令;二是逃逸时完成逃逸飞行器的时序控制和火工品配电。其设备包括故障检测处理器、指令控制器、逃逸程序控制器、火工品配电器和电池。故障检测参数分别由遥测系统和控制系统提供(它包括姿态角偏差、箭体角速率、轴向过载、逃逸塔分离信号、助推器分离信号、整流罩横纵向分离信号和平台切换信号等)。
“三垂”形式很特别。“长征”-2F运载火箭的总装、测试和运输都是在垂直形式下进行的,也就是说是各级火箭之间、火箭与飞船之间都是垂直总装、垂直测试、垂直运输到发射阵地的。这种全新的“三垂”模式是为了满足载人飞船的需要专门设计的,相对于我国原先发射常轨航天器的运载火箭水平模式来讲,虽然操作起来增加了很多难度,但减少了很多工序,提高了安全系数,同时也为航天员在飞天前创造了一个垂直的、良好的工作、生存环境。
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