柵格舵控制系統首次應用:這個神器讓金牌火箭「指哪落哪」

原標題:柵格舵控制系統首次應用:這個神器讓金牌火箭「指哪落哪」 來源:澎湃新聞·澎湃號·媒體

◎ 李同 科技日報記者 付毅飛 崔爽

發射後9分鐘,一個耀眼的亮點出現。

「就在那裡!」順著一位長二丁試驗隊隊員手指的方向,大家看到火箭一子級如流星一般在夜空中劃過,降落在發射前「約定」好的方位。

太陽探測科學技術試驗衛星模擬高清圖。圖片來源:國家航天科工局

「精準控制!」長征二號丁運載火箭總指揮談學軍對火箭首次應用柵格舵實現精準落區控制如此評價。

10月14日18時51分,中國首顆太陽探測科學技術試驗衛星「羲和號」在太原衛星發射中心發射成功。長征二號丁·上海世界技能大賽號將包括「羲和號」在內的11顆衛星送入預定軌道。星箭均由中國航天科技集團八院抓總研製。

在距離發射場600多公里的陝西省商洛市(落區位置),長二丁試驗隊隊員早早守候在那裡,順利等來火箭沖霄後的披甲歸來。

孫公明/攝 圖片來源:國家航天科工局

金牌火箭解鎖新技能 從「指哪打哪」到「指哪落哪」

近年,隨著中國航天發射任務趨於高密度發射態勢,落區環境安全成為大眾關注的焦點。

火箭發射過程中通常會執行多次分離程序,如一二級分離、衛星整流罩分離、星箭分離等。儘管分離後的大部分火箭殘骸會在經過大氣層時燒毀,但還是會有殘體墜落到地面,一旦不受控的火箭箭體落到人口稠密地區,將會嚴重危及到落區內群眾的生命財產安全。

孫公明/攝 圖片來源:國家航天科工局

因此,實現精準落區控制,保證落區環境安全是航天事業在快速發展過程中必須亟待解決的問題。

本次長征二號丁火箭首次應用柵格舵控制系統,完美解鎖「指哪落哪」的新技能,成功實現了一子級落區範圍縮小80%以上的目標。

柵格舵到底是什麼「神器」?

孫公明/攝 圖片來源:國家航天科工局

簡單來說,柵格舵是一種火箭飛行姿態控制裝置,設計師稱之為火箭一子級的「小翅膀」。

舉例來說,小鳥或飛機的滑翔是藉助風與翅膀在一定角度下產生的推力來實現的,這個推力可以控制小鳥或飛機的行進方向。火箭的柵格舵也正是利用這樣一種氣動特性原理,通過風作用在舵面上所產生的不同大小、不同方向的推力,導引一子級朝落區目標點機動飛行。其中,柵格舵的舵面大小、柵格數量和厚度等因素都將影響其氣動特性,這就需要設計師精心設計、選材和試驗,確保火箭殘骸能夠準確落在設定區域。

更輕巧更可靠 硬核技術打造「智慧翅膀」

據八院805所設計師介紹,此次安裝的柵格舵控制系統主要是在一子級再入返回段中發揮關鍵作用。

可折展、精準轉動的結構系統是柵格舵實現姿態控制的重要因素。在火箭的最初上升段,4隻柵格舵都呈摺疊狀態緊貼箭體,避免對衛星發射任務造成的影響;而當一子級完成使命墜入大氣層時,柵格舵正式開始工作,通過「解鎖-展開-控制指令轉動」等一系列複雜動作,對一子級進行飛行引導。

攝影:孫公明 圖片來源:國家航天科工局

值得一提的是,結構系統還兼具耐熱、輕質、堅固的優異性能,舵面能承受上千度高溫和數噸載荷,重量卻僅為同類產品的1/3,對「斤斤計較」的運載火箭來說,有效減少了寶貴運載能力的損失。

電氣系統是柵格舵控制的「大腦」,它通過發送指令「指揮」舵面進行不同角度的偏轉,導引一子級箭體向目標點飛行,同時將飛行信息下傳至地面,實現落區預報的功能。設計團隊從研發之初就選用綜合電子技術,摒棄傳統繁雜的電氣系統設計思路,減少電氣單機設備數量,使得測量、導航控制、遙測等功能整合到一個不到20厘米的小盒子中,系統結構簡潔、可靠性更高。

本次長二丁柵格舵控制系統還新增排放子系統,通過氧化劑在空中排放的方式,有效降低一子級在空中解體的機率,保障落區安全性;新增分離體測量裝備,採用兩種定位方式進行實時落點預測,為殘骸搜尋提供更加準確的位置信息。

據悉,柵格舵控制系統的成功應用將為中國後續垂直起降重複使用運載火箭的研製打下堅實的基礎。

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