新華社上海11月3日電 題:“撐得住、點得著、分得開”——細數長征五號助推器的技術創(chuàng)新
新華社記者張建松
。橙胀黹g,4個直徑3.35米的助推器,穩(wěn)穩(wěn)托舉起直徑5米的長征五號,直沖云霄。
作為我國首個采用助推器支撐的捆綁火箭,長征五號的4個助推器是目前國內最大的低溫液體助推器,為全箭提供豎立狀態(tài)支撐和助推飛行階段90%的推力及姿態(tài)控制,是長征五號起飛的主要動力之源。
“撐得住、點得著、分得開”,這是2006年10月中國航天科技集團公司上海航天技術研究院立項時,對長征五號的4個助推器提出的三大要求。
“撐得住”,是指長征五號加注完成后,4個助推器要承擔全箭860多噸的重量。同時,每個助推器安裝2臺120噸液氧煤油發(fā)動機,起飛段也主要依靠助推器8臺液氧煤油發(fā)動機的推力。
“點得著”,是指助推器的增壓輸送系統(tǒng),能夠創(chuàng)造滿足液氧煤油發(fā)動機點火的條件,并在飛行中提供穩(wěn)定的推力。
“分得開”,是指助推器推進劑耗盡后,芯級與助推器之間的前后捆綁連接結構,能夠可靠解鎖,實現(xiàn)助推器與芯級的安全分離。
為實現(xiàn)這三大要求,除控制系統(tǒng)外,長征五號的4個助推器需“五臟俱全”,相當于一枚單級運載火箭。研制規(guī)模與難度,非同一般。
在長達10年的研制歷程中,上海航天技術研究院先后突破了低溫POGO分析和抑制技術、偏置集中力設計分析與試驗技術、氦加溫增壓技術、尾部防熱技術等14項重大關鍵技術攻關。
為滿足“撐得住”的高要求,助推器采用了斜頭錐和前捆綁主傳力結構。在飛行過程中,助推發(fā)動機產生的推力,通過頭錐上的前捆綁點傳遞給芯級,在頭錐不足0.1平方米前捆綁點處,需要承受300多噸的偏置集中力載荷。
為此,研制團隊專門為頭錐“量身定制”了一款專屬的“梁式”承載偏置集中力構型。用3000多個零件鉚接而成斜頭錐,而錐體與芯級的前捆綁點軸承支座,則采用了一體化設計,用1噸多重的高硬度鋼材,在數控機床上加工到100多公斤,有效保證了結構的強度。
增壓輸送系統(tǒng)是連接推進劑貯箱與發(fā)動機的紐帶。助推器上每個120噸大推力液氧煤油發(fā)動機,其產生的最高壓強達500個大氣壓。針對長征五號個頭大、動力強、發(fā)動機入口壓力高等要求,研制團隊采用了全新的液氧箱大流量氦氣加溫增壓方案。
同時,為保證火箭的推力,還采用了全冗余閉式增壓控制、高壓大吸力電磁閥、高減壓比減壓器、雙觸點壓力信號器等一系列新技術,都是上海航天技術研究院在運載火箭首次進行工程應用,實現(xiàn)了動力系統(tǒng)技術的升級換代。
針對海南文昌發(fā)射場的氣候特點,研制團隊對箭體各艙段對接面、艙段開口處、連接開口處等進行密封處理,對電連接器等進行了48小時浸泡試驗,確保萬無一失。
在長征五號助推器的研制過程中,研制團隊還全面引入了數字化模式,率先開展以數字樣機為核心的全型號數字研發(fā)。首次引入全箭全三維一體化設計理念,將繁雜的問題條理化;突破三維數據交換難題,實現(xiàn)了數字一體化集成;首次成功構建全箭數字樣機,與傳統(tǒng)方法相比,取消實物樣機,不但節(jié)省了上千萬元的成本,還大幅縮短了研制周期。
首次實現(xiàn)了TOP-DOWN自頂向下的數字化協(xié)同研發(fā)技術的應用,構建數字化平臺進行航天型號的管理;首次在航天產品中引入人機裝配仿真,在3D環(huán)境中對模型進行虛擬裝配仿真,利用數字化虛擬裝配技術的強大功能,顯著提升產品設計質量和競爭力。
(責任編輯:孫丹)