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4.7航天器测发方案的选择

11/18/2003/15:40
华夏经纬网

    运载火箭和航天器的各个组件从研制生产单位运输到航天发射场后,通常需要在技术区进行组装和测试,然后转运到发射区进行测试检查和加注发射。

    火箭和航天器在发射场的准备期间,经历了从技术区到发射区,从单元测试到综合检查,从分段状态到整体状态的变化。这种变化中,涉及到组装、转运、起竖等不同的方式。而这些不同又造成了测试发射方式的不同。从世界上发射第一颗人造地球卫星算起,到目前为止,根据组装、转运、起竖方式的不同,先后就出现过四种测试发射模式,即分段组装、分段测试、分段转运的“三分”模式;水平组装、水平整体测试、水平整体转运的“三水”模式;直接在发射工位固定的发射台上装配、在固定的地方进行测试、在固定的场地加注和发射的“三固”模式;垂直组装、垂直整体测试、垂直整体转运的“三垂”模式。就目前而言,世界各国采用的测试发射方式有以下两种模式:

水平组装、水平测试、水平整体运输的发射方式

    运载火箭、航天器分级运送到航天发射场后,首先在技术区的厂房内,在水平状态下将火箭各级对接成整体,然后将单元测试合格的仪器、部件安装于火箭上。火箭、航天器测试合格后,在水平状态下将火箭、航天器对接成一个整体,并进行综合测试检查。

    技术区测试合格后,将火箭、航天器以水平状态整体运往发射区,然后整体起竖于发射台上,使火箭、航天器由水平状态转为垂直状态。

    采用这种模式时,要求火箭、航天器连接在一个整体以后,应有足够的强度,其结构允许在水平状态下进行整体运输。前苏联的联盟号运载火箭和联盟号载人飞船就是利用这种模式进行准备。

    这种模式的优点有:适用于发射各类应用卫星的液体运载火箭,操作简便,对发射设备的要求容易实现,技术区安全性好,发射区可近距离测试,火箭运输条件低,运载火箭、航天器装配成整体后,直到点火发射以前,其电气、机械的连接状态不变,这样可以提高可靠性,也可以缩短在发射工位上的测试时间。例如“联盟”号飞船在发射工位上的准备时间用14小时就可以了。这样,发射场的使用周转率就可大大提高。另外,这种模式下所需要的建造费用与“三垂”模式相比要低,并且没有“三垂”模式的测试厂房那样高大复杂,发射工位的设施也比“三固”模式要简单得多。苏联(俄罗斯)用“联盟”号火箭发射“联盟”号飞船和其他载荷,至今已进行了一千多次发射,成功率达到99.8%,应该说得益于这种模式的优点。

    但这种模式在使用中也有一定局限性,如发射周期长,每两次发射时间间隔长,技术区和发射区之间有重复性工作等。对于那些结构不适宜整体水平运输的运载火箭和航天器来说,就不能采用这种模式。如结构强度较差的火箭,装上仪器设备后不允许水平方向运输的火箭,加注了液体推进剂后不宜水平放置的航天器,均都不宜采用水平组装、水平整体测试、水平整体转运的模式。另外,火箭、航天器水平状态下的测试项目和垂直状态下的测试项目设置不可能完全相同,检查方法也可能不一样,因而技术区和发射区的测试结果前后比对可能存在不一致之处;出现故障后,也增加了排除的难度。中国发射各种卫星的运载火箭“长征”-2号系列、“长征”-3号系列、“长征”-4号系列均采用此种发射方式。

垂直组装、垂直测试、垂直整体运输的发射方式

    这种发射方式在发射场建有总装厂房、测发楼以及发射塔,它们之间距离较近,总装厂房与发射塔之间一般有宽型轨道或特殊路面相连接。火箭各部段(级)及设备在总装厂房完成单元测试后,垂直总装在多功能发射车上(其中包括有效载荷),综合测试后,由多功能发射车将火箭整体在垂直状态下运往发射塔就位,简单测试后加注发射。这种方式已被世界许多国家和地区采用,一般都应用在大型运载火箭、载人航天发射及发射频率很高的发射场。在发射场进行总装可以减轻大型火箭从生产厂至发射场运输的困难,在发射塔停留时间短便于连续发射实现飞船空间对接,但是这种方式对地面设施和设备提出了很高的要求,技术难度高、资金投入大。它需要建造功能齐全的、巨大的总装测试厂房;需要建造一个集载重、运输机动,对火箭支撑、牵制、调平、瞄准、排焰等功能于一体的活动发射平台;需要改造一套能进行远距离测控的先进的测试发控系统;要求运载火箭能适应整体运输时的载荷环境。按这种方式建设的发射场也可考虑能适用于前一种发射方式的火箭,这样就扩大了发射场的使用范围,提高了利用率。中国发射“神舟”号飞船的CZ-2F火箭就是采用这种发射方式。

    “三垂”模式,是美国1962年在肯尼迪航天中心建造“阿波罗”飞船39号发射工位时首先提出并实施的。
美国在此以前的运载火箭测试发射工艺流程中,曾先后使用过分级测试、分级转运、分级起竖的模式,稍后使用了在发射台固定装配测试发射的模式。在论证“土星”V运载火箭发射“阿波罗”飞船时,美国航天专家们感到这两种模式在发射工位的占用时间都比较长,难于满足“阿波罗”飞船发射窗口的要求。为此,我们在吸取了苏联采用“三水”模式先进经验的基础上,提出了一个全新的垂直组装、垂直整体测试、垂直整体转运的新模式。

    美国使用这种测试发射模式对“土星”V运载火箭和“阿波罗”飞船进行测试发射,取得了满意的效果,大大地提高了发射成功率(“阿波罗”发射成功率达100%)。美国“阿波罗”工程完成后,又将这一模式运用于航天飞机的测试发射上。肯尼迪航天中心39号发射工位及相应的垂直总装测试大楼、发控指挥楼等都作了相应的改建,使整个测试发射设施完全满足航天飞机的测试发射要求。欧洲空间局在圭亚那航天中心的“阿里安”火箭发射场和日本种子岛航天发射中心的H—Ⅱ火箭发射工位,也是按照这一模式建造的。

  
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