中新網(wǎng)文昌9月20日電 (馬帥莎 郭超凱 董佳瑩)9月20日，長征七號遙四運載火箭(以下簡稱“長七”火箭)在中國文昌航天發(fā)射場托舉天舟三號貨運飛船駛?cè)胩眨晒⑵渌腿腩A定軌道，“天宮”迎來新的訪客。
航天員要在空間站長期駐守，吃、穿、用乃至呼吸所需的物資，空間站維持正確軌道所需的燃料都要靠貨運飛船運送。為了保障“太空快遞”在運輸過程中的安全，中國航天科技集團一院研制人員特別將火箭打造成防熱、防雨、防風的“貨運專車”。
天舟三號貨運飛船在文昌點火起飛。胡煦劼 攝據(jù)悉，長征七號運載火箭是為滿足中國載人空間站工程發(fā)射貨運飛船的需求和未來載人運載火箭更新?lián)Q代的長遠需求，而研制的新一代高可靠、高安全的中型運載火箭。
“開衫”式的“防熱服”
火箭飛行過程中，芯級發(fā)動機會噴出巨大的火焰，此時，助推器后過渡段要承受噴焰回卷的強熱流，其熱防護設(shè)計如果不夠就會造成結(jié)構(gòu)燒蝕，而過度設(shè)計又會影響火箭的運載能力。設(shè)計師們創(chuàng)新防熱材料應(yīng)用和安裝方式，將像“開衫”一樣的特制防熱毛氈“披”在火箭助推器上，不僅重量更輕，而且防熱效率也更高。
據(jù)航天科技集團一院長征七號遙四運載火箭結(jié)構(gòu)設(shè)計師姚瑞娟介紹，如果采用傳統(tǒng)方法，在助推器后過渡段噴涂防熱涂層，生產(chǎn)周期較長。于是，設(shè)計人員創(chuàng)新思路，將防熱服由“噴”在后過渡段的表面變?yōu)椤芭痹谏砩稀?/p>
設(shè)計人員采用耐高溫的材料，給助推器做了一塊柔性防熱毛氈。它有“里”、有“面”、有夾層，從靠近芯級的一側(cè)開始“披”上，在遠離芯級的外側(cè)開口，就像一件“開衫”一樣包裹助推器，使后過渡段免受大火“烤”驗。
姚瑞娟指出，采用傳統(tǒng)的防熱方式，在助推器上整體噴涂防熱涂層，重量在70公斤至100公斤之間，而新型防熱毛氈重量只有20公斤左右，重量減輕約75%，且防熱效果更好。柔性防熱毛氈已在長七火箭上成功應(yīng)用，后續(xù)還將推廣應(yīng)用于其他型號。
特制“雨衣”結(jié)構(gòu)防水
新一代運載火箭發(fā)射場氣候潮濕，降水量大，全年12小時內(nèi)降水5至15毫米的中雨較多。現(xiàn)役火箭發(fā)射選擇窗口時都會避開雷雨天，而“長七”火箭則能實現(xiàn)中雨發(fā)射，這是因為新一代運載火箭做了“防水”設(shè)計。
其實，火箭防水不僅僅是防雨水。看過火箭發(fā)射的人都見過加注后的火箭，受低溫推進劑的影響，箭體表面的溫度低，冷凝水像下雨一樣順著箭體流下來，這也是火箭要防的水。除此之外，箭壁、管路上的冷凝水還可能結(jié)冰，冰融化又會形成冰霜融化水等。
火箭如何防水？航天科技集團一院總體部設(shè)計人員盧松濤說，在防水設(shè)計中，我們遵循“能在單機解決的，不在系統(tǒng)解決，能在系統(tǒng)解決的，不在總體解決”原則，從“產(chǎn)品源頭”解決防水問題。
在新一代運載火箭設(shè)計之初，防水功能盡量通過結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)。盧松濤介紹稱，“長七”火箭僅電連接器防水部位就有千余處，這還不包含電纜本體、電纜進出口、儀器本體、儀器與結(jié)構(gòu)縫隙和結(jié)構(gòu)總體專業(yè)防水，防水工作量之大可見一斑。
可抵8級風
海南文昌發(fā)射場有“淺層風”，給“長七”火箭垂直轉(zhuǎn)場帶來挑戰(zhàn)。航天科技集團一院長征七號運載火箭總設(shè)計師程堂明表示，“為了提升抗風能力，我們給‘長七’火箭裝上了‘防風減載裝置’，這樣一來，即使遇到8級大風的天氣，‘長七’火箭依舊可以轉(zhuǎn)場。”
一般情況下，陸地上最大的風級為9級，氣象學上，8級以上的風便達到“大風”級別。每年8月至11月，海南文昌發(fā)射場會受到強熱帶風暴和臺風影響，由于臨海，風速隨著距地面高度的增加而越來越大。
程堂明說，文昌發(fā)射場距地面五六十米高的地方的風速要遠高于地面風速，我們將這種隨距地面高度而變化的風稱為“淺層風”。“地面感受到的是微風，火箭一級的地方可能就是‘大風’了。”
為此，“長七”火箭型號隊伍對火箭局部結(jié)構(gòu)進行了適當加強，并為火箭設(shè)計了一個“防風減載裝置”。這套裝置采用可伸展的桁架結(jié)構(gòu)，一端固定在活動發(fā)射平臺的臍帶塔上，展開以后另一端與火箭二級發(fā)動機機架接頭對接，這樣在垂直轉(zhuǎn)場過程中，將火箭與臍帶塔連接起來，能夠顯著降低火箭受到的風載。
有了“防風減載裝置”，“長七”火箭便不怕“大風”天氣，可全天候轉(zhuǎn)場。(完)