2022年11月21日
搭載著神舟十五號(hào)載人飛船的
(資料圖)
長(zhǎng)征二號(hào)F遙十五運(yùn)載火箭
穩(wěn)穩(wěn)轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)
即將執(zhí)行空間站建造階段的
最后一次載人飛行任務(wù)
長(zhǎng)征二號(hào)F遙十五運(yùn)載火箭垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)
作為中國(guó)航天史上技術(shù)最復(fù)雜的“航天員專列”，“神箭”長(zhǎng)征二號(hào)F（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)二F”）運(yùn)載火箭的每一次亮相，其可靠性和安全性都會(huì)再度提升。長(zhǎng)二F運(yùn)載火箭是在長(zhǎng)征二號(hào)E運(yùn)載火箭的基礎(chǔ)上，按照發(fā)射載人飛船的要求，以提高可靠性、確保安全性為目標(biāo)研制的火箭，在長(zhǎng)征二號(hào)E基礎(chǔ)上增加了逃逸系統(tǒng)和故障檢測(cè)處理系統(tǒng)，其可靠性指標(biāo)從0.91提升至0.97，安全性指標(biāo)達(dá)0.997，完成了普通運(yùn)載火箭到載人運(yùn)載火箭的跨越。
“神箭”長(zhǎng)征二號(hào)F
自中國(guó)空間站建造以來(lái)，長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭也迎來(lái)了高密度發(fā)射任務(wù)。為滿足空間站階段新的任務(wù)需求，長(zhǎng)二F運(yùn)載火箭不斷通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)計(jì)改進(jìn)，其可靠性指標(biāo)已由原來(lái)的0.97提升至0.98，安全性指標(biāo)提升至0.99996，也就是火箭發(fā)射10萬(wàn)次，才會(huì)有4次逃逸失敗的可能。在保障航天員安全方面，做到了比“萬(wàn)無(wú)一失”更好，為空間站階段載人飛行任務(wù)的順利實(shí)施提供了有力保障。那么，長(zhǎng)二F運(yùn)載火箭的可靠性和安全性是如何提升的？
完善逃逸控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)序
低空逃逸，特別是發(fā)射臺(tái)逃逸，是長(zhǎng)二F運(yùn)載火箭所有逃逸程序中最為復(fù)雜的一項(xiàng)。長(zhǎng)二F運(yùn)載火箭聯(lián)合飛船系統(tǒng)，針對(duì)歷史實(shí)測(cè)低空風(fēng)場(chǎng)，對(duì)低空逃逸救生的影響進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在少量低空風(fēng)的作用下，發(fā)射臺(tái)逃逸時(shí)存在返回艙落點(diǎn)距離發(fā)射點(diǎn)小于500米的情況，有可能造成返回艙重新落入故障火箭爆炸范圍內(nèi)，對(duì)航天員生命安全造成威脅。
發(fā)射臺(tái)逃逸控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火方向示意圖
為了進(jìn)一步增加逃逸救生的可靠性，保證航天員的安全，針對(duì)有風(fēng)情況下發(fā)射臺(tái)逃逸，科研人員提出了改變逃逸飛行器控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火策略，以提高對(duì)于低空風(fēng)場(chǎng)的適應(yīng)性。根據(jù)分析結(jié)果，采取更改控制逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火策略、在射前決策控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火狀態(tài)的措施，可提高在低空風(fēng)的作用下返回艙落點(diǎn)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)的概率。
全箭FMEA再分析
在優(yōu)化研制過(guò)程中，為了進(jìn)一步提高火箭對(duì)故障的適應(yīng)性能力，消除薄弱環(huán)節(jié)，科研人員針對(duì)全箭各系統(tǒng)產(chǎn)品，尤其是新研產(chǎn)品重新開(kāi)展了一輪故障模式及影響分析工作（簡(jiǎn)稱“FMEA”），包括設(shè)計(jì)FMEA、工藝FMEA和軟件FMEA，覆蓋準(zhǔn)備階段、發(fā)射階段、飛行階段和逃逸階段，查找薄弱環(huán)節(jié)，確認(rèn)設(shè)計(jì)改進(jìn)和使用補(bǔ)償措施的充分性和有效性；對(duì)于繼承前期或僅相對(duì)前期適應(yīng)性更改的產(chǎn)品，對(duì)其FMEA進(jìn)行了復(fù)查、確認(rèn)。
長(zhǎng)征二號(hào)F遙十五運(yùn)載火箭
通過(guò)針對(duì)所有故障模式制定有效措施，如設(shè)置強(qiáng)制檢驗(yàn)點(diǎn)等，進(jìn)一步降低全箭故障發(fā)生的概率，提升火箭可靠性。此次長(zhǎng)二F遙十五運(yùn)載火箭在提高可靠性方面進(jìn)行了26項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)變化和更改，如耗盡關(guān)機(jī)變換器，科研人員識(shí)別出個(gè)別器件存在單點(diǎn)失效模式，因而將相關(guān)器件進(jìn)行了冗余改進(jìn)。
全箭飛行時(shí)序鏈路分析
針對(duì)涉及控制系統(tǒng)、火工品、發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵產(chǎn)品多，影響飛行成敗的點(diǎn)火、分離等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，科研人員開(kāi)展了設(shè)計(jì)指標(biāo)閉合檢查工作。針對(duì)點(diǎn)火-起飛、逃逸塔分離、助推器分離、級(jí)間分離、整流罩分離、船箭分離共6個(gè)正常飛行時(shí)序功能，4個(gè)逃逸程序和船箭應(yīng)急分離飛行時(shí)序功能，共11個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)開(kāi)展指標(biāo)閉合性檢查。通過(guò)對(duì)火箭各系統(tǒng)射前地面工作流程和飛行時(shí)序的設(shè)計(jì)正確性，系統(tǒng)間時(shí)序動(dòng)作協(xié)調(diào)匹配性，控制系統(tǒng)、火工品、發(fā)動(dòng)機(jī)等重要產(chǎn)品的設(shè)計(jì)狀態(tài)、實(shí)際指標(biāo)等重要因素進(jìn)行復(fù)查確認(rèn)，保證全箭飛行動(dòng)作的穩(wěn)妥可靠。
優(yōu)化測(cè)試發(fā)射流程
在空間站階段，長(zhǎng)二F運(yùn)載火箭面臨新的挑戰(zhàn)。一是發(fā)射頻率增加。按照空間站長(zhǎng)期有人照料的目標(biāo)，每年需發(fā)射兩艘神舟飛船，半年執(zhí)行一次飛行任務(wù)，將航天員送入空間站，實(shí)現(xiàn)乘組輪換。二是新增應(yīng)急救援需求。為保證航天員在空間站工作期間的安全，當(dāng)停靠空間站的載人飛船發(fā)生不能安全返回的故障時(shí)，地面啟動(dòng)載人飛船應(yīng)急發(fā)射任務(wù)。因此，在航天員在空間站工作期間，長(zhǎng)二F運(yùn)載火箭采用了“發(fā)射一發(fā)，備份一發(fā)”的模式，兩發(fā)火箭輪流“站崗”。“值班”火箭如接到應(yīng)急救援命令，可隨時(shí)實(shí)施應(yīng)急救援發(fā)射，保障航天員生命安全。
長(zhǎng)征二號(hào)F遙十五運(yùn)載火箭
基于“滾動(dòng)備份”的發(fā)射模式，科研人員設(shè)計(jì)了“串行”和“并行”兩種測(cè)試發(fā)射流程，并在此基礎(chǔ)上，將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)了“串并行”測(cè)試發(fā)射流程。“串并行”模式可比“串行”模式節(jié)省7天時(shí)間，比“并行”模式僅多4天，不僅可以保證人力資源的高效利用，還可以兼顧整流罩線和逃逸塔線的工作，進(jìn)一步提高發(fā)射場(chǎng)工作效率。
長(zhǎng)二F運(yùn)載火箭從研制至今，已陪伴中國(guó)載人航天走過(guò)三十年，是名副其實(shí)的“金牌老將”。對(duì)于載人運(yùn)載火箭來(lái)說(shuō)，航天員的生命安全是最重要的，為確保更高的可靠性和安全性，“神箭”的“自我提升”必將托舉著中國(guó)載人航天事業(yè)邁入新的階段！
預(yù)祝神舟十五號(hào)發(fā)射
取得圓滿成功！
