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长征五号鲜为人知的3个细节 起飞也“漂移”

2016-11-04 20:36   浏览:1513 次
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终于,中国拥有了自己的大火箭。今天,有着中国最大火箭之称的长征五号成功首飞,这标志着我国运载火箭实现升级换代,运载能力进入国际先进行列。

那么,这个长征火箭家族“身材最高”、“腰最粗”、“力气最大”的大家伙,除了是能托举25吨货物的大力神,浑身上下还有哪些鲜为人知的本事?中国青年报·中青在线记者采访有关专家进行揭秘。

火箭起飞也“漂移”

看过迈克尔·杰克逊太空漫步的,都知道一个动作叫“漂移”,不过这个动作并非舞步专属,长征五号大火箭起飞时也有。

根据中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院长征五号火箭设计人员何巍的介绍,在长征五号点火起飞瞬间,会有一个横向的摇摆,其摇摆的幅度,受起飞瞬间风力、发动机安装微小偏差等影响。

长征五号身高近60米、体重近900吨、起飞推力近千吨,相比其他“小个头”的火箭,其横向摇摆会更大。

古语“天有不测风云”说的是气象不可预测,如今也是,未来长时间的气象、发射台附近区域小环境的气象很难预测。今年,海南频发大风警报,风更多也更大,给长征五号的首飞增加了难度。

何巍说,为了降低风对“起飞漂移”的影响,提高火箭漂移的裕度(指留有一定余地的程度,允许有一定的误差——记者注),航天人调整了发射台支撑结构。

火箭起飞瞬间,发动机喷管喷出火焰,“漂移”就从这里开始。站在发射塔架前可以看到,火箭脚下的12个“支撑臂”支撑火箭站立,火箭最底端距离地面11米,调整后,这个距离将变成11.3米,站得更高。

根据中国航天科技集团公司一院发射台系统设计员吴梦强的说法,当前支撑臂与喷管间横向距离约200毫米,要提高裕度,型号设计人员要改变附着在支撑臂上的机械结构“身材”,让测力传感器座、牵制座等变得“细长”。

与此同时,把火箭抬高300毫米,让喷管与支撑臂纵向距离更远。火箭摆杆的位置与火箭是固定的,支撑臂高了,勤务塔上的6个摆杆位置也要“长个儿”300毫米。

长征五号合练箭转场后,平台上6个小红房子吸引了大家的目光,它们是火箭的“尾端服务塔”,用于保护火箭芯一级和助推器的加泄连接器。

吴梦强说,在这次裕度的调整中,其中4个红房子加高了“房顶”,让内部的设备更高地利用空间,还有一个尾端服务塔变高的同时变细了,也因此,这个红房子也将成为“建筑面积”和“使用面积”最小的一个。

他说,有了这些调整,长征五号原来站在11米高支架上的火箭,将再“上”一个0.3米的“台阶”,而站得更高,是为了飞得更好。

箭壳“薄如蝉翼”却坚不可摧

看到长征五号这个身高数十米的庞然大物,很可能让人产生一种误解:这个大火箭的外壳肯定特别厚重,才能足够坚固。

但事实上,常用的火箭壳体“蒙皮”(火箭的外壳专业术语——记者注)的厚度仅在1.2毫米~2毫米,而整流罩的“蒙皮”最薄处仅有0.3毫米。

打了一个比方,如果把火箭比作一个成年人,把壳体比作成年人的外衣,那么这层外衣可谓“薄如蝉翼”。

那么,这个所谓的“蒙皮”为什么这么薄?它能保证火箭的坚固性吗?

根据中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院火箭箭体结构设计师邵英翠的说法,“蒙皮”的主要材料为铝合金,这种材料强度高、耐腐蚀、重量轻、成本低,在长征三号甲系列、长征二号F等火箭飞行过程中综合性能最好,是做“蒙皮”的最佳选择。

更为重要的是,铝合金材料轻,可以为火箭减轻重量,人们形容火箭是“薄皮大馅”,“蒙皮”薄了,就可以装更多的燃料,“举”起更重的卫星。

当然,除了保证火箭外壳轻薄,更要保证它坚不可摧。为此,中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院的设计人员在设计时,会在“蒙皮”内部用一个个框环和桁条组成一个圆柱型的框架,把框架与蒙皮铆接在一起,组成火箭的一个壳段。

邵英翠说,火箭“蒙皮”很薄、很软,但根据受力分析进行科学计算、结构优化后,用铆钉把“蒙皮”和框架固定,每一壳段有上千个铆钉,这样就保证了整体结构的强度和刚度。她还表示,在发射过程中,无论受到哪个方向的外力,都不会影响火箭的飞行。

不过,如果“蒙皮”过薄,靠不断加密内部框架来保证坚固性的话,反而会使壳体重量增加,达不到预期效果。也因此,设计人员要计算出“蒙皮”和框环、桁条的最佳配比,既保证用最少的材料,又保证箭体坚固、可靠。

长征五号大火箭整流罩的“蒙皮”面板厚度只有0.3毫米,在相同刚度下,火箭壳段的重量将减少10%以上。根据箭体结构设计人员李操的说法,这样,火箭就能在保证坚固的前提下,装上更多的燃料,把有效载荷顺利送入轨道了。

“冰箭”不冷

很多火箭迷都知道,长征五号被称作“冰箭”,这是因为火箭肚子里装了满满的深低温液氢液氧燃料,其中液氢温度达-253℃、液氧达-183℃,几乎达到了温度的极限。

鲜为人知的是,尽管火箭体内90%以上都是这种深低温燃料,但火箭并不冷,它的外表面温度依然可以一直保持在0℃以上。

原来,航天人在火箭的贮箱外套了一层“防寒服”,让火箭内部的仪器、设备、电缆等正常工作。可别小看这层“防寒服”,尽管只有不到30毫米的厚度,却是给火箭保持体温的利器。

根据中国航天科技集团公司一院703所防隔热材料设计师申雄刚的说法,“防寒服”中的“棉花”层是低密度材料,厚度为10毫米~20毫米,这层“棉花”有“里”有“面”。如果它直接涂在贮箱金属表面,贮箱受冷收缩时,“棉花”层因收缩性能比金属小会导致脱粘,影响隔温效果。

“防寒服”的“里”是一层胶粘剂,不到1毫米厚,比“棉花”层更适应金属材料的热胀冷缩,且摩擦力大,能同时与金属材料的贮箱和“棉花”完美贴合,设计人员又叫它“缓冲层”。

“防寒服”的“面”是一层蘸胶玻璃纤维织物,有0.9毫米厚,也叫保护层,可以保护“棉花”不吸收外界水气、不被损坏,更好地发挥隔温性能。

申雄刚说,“棉花”层由近10种原材料按照配比高速撞击混合反应而成,而这近10种材料分成两组,都是液体,就像“哥俩好”胶水一样,一旦混合,会在10秒钟之内发生发泡反应,固化成形。

值得一提的是,长征五号的“棉花”层与其他火箭不同,因为选用了新型发泡材料,其他材料的比例等也变了。申雄刚说,材料研制人员做了千余次试验,研究新型“棉花”层的性能。

在“穿衣”前,研制人员还要先给长征五号拍个“3D”照片,这样它所有的形状信息都包含在了这张“照片”中。如此复杂的工序下来,“冰箭”这款又薄又隔温的“防寒服”才可以在加注后大显神通,让“冰箭”不冷。

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