神箭六上太空

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  长征二号F运载火箭是我国目前唯一的发射载人飞船的运载火箭,也是我国目前可靠性和安全性最高的运载火箭。2003年10月15日,第五枚长征二号F运载火箭将承载着我国第一位航天员的神舟五号飞船成功送入预定轨道,实现了中华民族千年的飞天梦想。时隔近两年,第六枚长征二号F运载火箭再一次发射了我国第二艘载人飞船—— 神舟六号。
  据载人航天工程运载火箭系统总指挥刘宇介绍,与发射神舟五号载人飞船的那枚火箭相比,用于这次发射的火箭有75项技术改动,这些变化充分体现了我们的科研人员对我国航天员的真挚情感,改进的唯一目的就是使航天员在乘坐火箭的10多分钟的飞行中,感觉更加舒适,并使长征二号F运载火箭拥有了更多的功能,飞行更加安全、更加可靠。
  那么,六上太空的这枚火箭与它的兄长相比,究竟有哪些共同点和不同之处呢?
  
  一样的大力士和多面手
  
  第六枚长征二号F运载火箭保持了与它的兄长们一样的“身材和体格”。火箭全长58.3米、起飞质量479.8吨,该火箭由箭体结构系统、动力装置系统、控制系统、推进剂利用系统、故障检测处理系统、逃逸系统、遥测系统、外测安全系统和附加系统及地面设备系统共10个系统组成。它可以将比神舟五号更重的神舟六号载人飞船发射升空,是个当之无愧的大力士。
  


  助推器、芯级第一级、芯级第二级、整流罩、逃逸塔等箭体结构组成了火箭的“身体”。助推发动机、一级发动机、二级发动机是火箭的“动力和心脏”。控制系统是火箭的“大脑和神经”。为了更加充分有效地利用火箭装载的燃料,火箭上还设计了推进剂利用系统,能够保证二级火箭的氧化剂和燃烧剂同时燃烧完毕。
  为了保证航天员的安全,保证火箭在突发的意外情况下能够将航天员顺利地救生,脱离危险的故障火箭,第六枚长征二号F运载火箭同它的兄长一样设置了故障检测处理系统,用于参数检测、判断,在火箭出现重大故障的情况下发出逃逸指令,并按逃逸模式执行逃逸指令。火箭的逃逸系统是故障检测处理系统的执行机构,我们在火箭的最前端看到的带尖的就是逃逸塔了。
  为了测量火箭的弹道,接收地面逃逸指令和安全控制指令,火箭设置了自己的安全系统。为了了解火箭飞行过程中的工作情况,火箭上还设置了遥测系统,它能够测量、记录、发送火箭在飞行中的所有工作参数和环境参数,为故障检测处理系统提供检测参数,为地面故障判断实时提供遥测参数,这两个系统都需要同地面的测量设备协同工作,也就是需要我们的地面测控站和远在太平洋的“远望号”测量船来接收火箭传回的信号,并给火箭发出相应的控制指令。
  同样,这一枚火箭还需要主要由耗尽关机信号系统、加注液位测量、推进剂测温、垂直度调整以及地面总体综合测试网组成的附加系统和由地面发射平台、推进剂加注设备、转运车、吊装设备、各系统地面测试设备等组成的地面支持系统来共同完成火箭在发射场的组装、测试、转场等一系列火箭发射前的准备工作。
  
  独具的“千里眼”
  
  在以往的飞行中,火箭的关机、分离等动作,地面控制中心都是靠相应的遥测参数来获知的,但是,这些参数具有间接性,不直观。第六枚长征二号F运载火箭在遥测系统中首次设置了图像测量系统,用于监视助推器分离、级间分离、整流罩分离、船箭分离的过程,使地面控制中心人员能够直接“观看”到分离过程,这是我国长征系列运载火箭第一次装上了“千里眼”。
  


  我们日常在地面上的监视设施相对都比较简单,如电脑的摄像头,连接好之后通过网络就可以传输图像信息了。但让火箭也装上“千里眼”却不是那么简单的事情,它面临着许多困难。
  首先,由于图像信息相比较原来的参数信息,需要占用的数据频带较宽,原来分配给遥测系统的数据传输速度就不够用了,需要从总体上调整遥测参数,为图像信息数据调整出所需要的频带。同时增加图像压缩处理器,尽量压缩图像信息的数据量。
  其次,需要上天飞行的CCD摄像装置、图像压缩处理器、图像综合控制器等一系列设备还要经历严酷的火箭飞行环境的考验,包括高过载、振动、高温、真空等。因此,这些设备的设计标准和历经的试验都需要通过高标准的考核。
  需要解决的还有这些仪器,尤其是摄像头的安装位置,如何才能保证收集到的图像信息更加清晰、更加丰富,如何才能减少太阳光对镜头的影响,让镜头适应快速的明暗变化,如何让这些新设备的工作环境更好,也是让设计人员费尽了心思。通过周密分析,一个摄像头被安装在了二级箱间段外侧,镜头朝向火箭尾部,观测助推器分离和一二级级间分离。另一个则安装在飞船支架外侧中下部,镜头向侧上,观测整流罩分离和船箭分离。
  还有,图像测量系统供电问题、对其他系统的影响问题、地面的接收解码和显示问题等,都通过科研人员的努力被一一解决了。图像测量系统还通过了电气试验,光强影响试验,无线接收干扰试验,压缩算法和处理格式比对试验,箭上、地面设备联合试验,温度、振动、冲击、低气压等环境试验等一系列试验,这只火箭的“千里眼”把地面控制中心人员的视野第一次带入太空。
  
  更舒适的承载环境
  
  火箭在飞行过程中,由于火箭发动机的工作、发动机频率与火箭结构耦合振动、火箭的高速飞行与空气的摩擦等都会产生很大的振动和噪音,这些对于我们的航天员都是很不利的。为了给航天员们创造更舒适的飞行环境,火箭和飞船的研制人员进行了共同的努力,其中改善运载火箭在飞行过程中的力学振动、冲击和噪声环境是重要的方向。火箭的科研人员在改善火箭乘坐舒适性方面进行了大量的努力,进行了助推器氧化剂管路的水介质和模拟介质振动试验、船罩组合体振动试验和全箭振动试验,找到了改善火箭振动环境的方法,并在试验中进行了验证。第六枚长征二号F运载火箭的飞行环境得到了进一步改善,乘坐神舟六号飞船的航天员可以感觉到,他的“坐骑”更加柔韧和舒适。
  
  更安全的运载器
  
  载人运载火箭最重要的就是可靠安全,为了不断提高长征二号F运载火箭的可靠性和安全性,火箭的科研人员进行着孜孜不倦的努力。在第六枚长征二号F运载火箭上进行了一些设计改进,使得可靠性和安全性本已经相当高的这种运载火箭的可靠性和安全性又达到了更高的新水准。
  首先,为了保证逃逸系统固体发动机发射场操作的安全性,在这些固体火箭发动机上采用安全机构。安全机构对这些固体发动机起保险作用,在安全机构没有转换到点火状态的情况下,如果出现误点火信号以及各种干扰信号等情况,都无法点燃固体发动机。而在航天员进入飞船,火箭已经准备起飞的时候,将安全机构转换到点火状态,把点火通路接通。这样在出现危险情况的条件下,正确的点火信号就可以把逃逸固体发动机点燃,把航天员迅速带离危险的故障火箭。
  其次,对火箭全身进行了一次系统的体检,对体检中所发现的薄弱环节和单故障点都进行了改进。例如对于二级尾舱发动机附近的所有仪器设备和电缆管路都进行了细致的绝热材料包裹,彻底杜绝了火箭发动机工作时所释放出来的热量对这些设备的影响。
  
  续写辉煌
  
  随着神舟六号载人飞船发射升空,长征系列运载火箭已成功发射88次。 长征二号F型火箭可靠性指标达到0.97,航天员安全性指标达到0.997,这意味着1000次故障所采取的救助措施只允许有3次不成功。这是我国航天史上技术最复杂、可靠性和安全性指标最高的运载火箭。火箭能够安全可靠地将飞船送入预定轨道,同时,在飞出大气层之前,若出现重大故障,能按救生要求使航天员安全脱离故障危险区。到目前为止,长征二号F型火箭已经成功地将4艘神舟号无人飞船和神舟五号、六号载人飞船送入太空预定轨道,发射成功率达到100%。
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