三送天舟會天和:奏響「冰與火之歌」

    5月10日凌晨,伴隨著震耳欲聾的轟鳴聲,長征七號遙五運載火箭從團團白霧中噴薄而出,在天際劃出一道金色曲線,成功將天舟四號貨運飛船送入預定軌道。

    這是中國空間站開啟在軌建造以來,長征七號運載火箭第3次將天舟貨運飛船送入太空。

    「又一次攜手奔赴空間站天和核心艙,『快遞小哥』與它的『乘客』已十分默契,火箭總體技術狀態也逐漸趨於穩定,飛行可靠性評估值達0.9838這一先進水平。」中國航天科技集團一院長征七號運載火箭總體主任設計師邵業濤說。

    要把載有大批物資的貨運飛船按時送入太空,就必須有運力足、「力氣」大、可靠性高的運載火箭。長征七號運載火箭近地軌道運載能力達13.5噸,比採用傳統燃料的運載火箭多出一半以上。作為一枚名副其實的「冰箭」,長征七號在南海之畔奏響一曲「冰與火之歌」。

    一院總體部火箭設計專家徐利傑告訴記者,火箭是衛星等載荷通往太空的「專車」,對於這輛「專車」來說,自重越小越好,能提供動力的燃料越多越好。因為這樣,就可以把儘可能多的「運量」留給「乘客」。

    長征七號是個「鋼筋鐵骨」的大個子,總體重500餘噸,但90%甚至更多都是燃料的重量,箭體外殼、電纜、儀器等重量加在一起只有50餘噸。

    徐利傑說,燃料在火箭總體重中比重越大,火箭的結構效率越高,說明設計越合理。火箭的外殼、電纜、儀器等重量被稱為「死重」,要把這些部件儘可能設計得簡潔、功能強大,以減輕重量。

    值得一提的是,火箭噴射時的溫度最高可達到3000攝氏度,發射瞬間形成的白霧正是發射塔架底部數十米深的導流槽里的水蒸發而成,水蒸氣帶走大量的熱量為火箭降溫。

    「但噴水降溫對低溫火箭長征七號而言還遠遠不夠。」徐利傑說,當火箭矗立在陽光下,箭體上的水像雨一樣嘩嘩往下流,而在火箭艙體中,則是零下183攝氏度的低溫。

    這是因為長征七號的燃料中有液態氧。徐利傑說,液氧煤油發動機被譽為世界航天動力領域的珠穆朗瑪峰,採用無毒無污染的液氧煤油做燃料,經濟上比常規發動機推進劑便宜60%,並且可重複使用。其溫度之低也會使長征七號表面出現水蒸氣凝結現象。

    低溫燃料加註後,試驗現場的發射塔就像一個「大冷庫」,貯箱隔板外全是厚厚的霜,試驗隊員每次去檢查,頭髮和眉毛上都會結一層厚厚的霜。

    長征七號運載火箭動力系統總指揮鄧新宇說,低溫燃料不僅溫度極低,且易燃易爆易蒸發。

    「目前長征七號加註燃料後停放最長時間為24小時。」鄧新宇說,在火箭研製之初,科研人員就把燃料加註後停放24小時作為一項設計標準納入型號研製過程,為成功發射爭取更多有利時間。

    在「冰火兩重天」的強烈反差下,長征七號如何練就一身防水「金鐘罩」?

    一院總體部火箭設計專家盧松濤說,長征七號對「水」的防護滲透到了每個設計細節中,比如在常規型號中,用來平衡整流罩內外壓力的排氣孔,在內陸發射時不需要做單獨的防水,但是在長征七號上,排氣孔也做了專門的防水措施。

    他告訴記者,在防水設計中,科研人員遵循「能單機解決的,不在系統解決,能系統解決的,不在總體解決」原則,從「產品源頭」解決防水問題。

    除了一身防水「金鐘罩」,長征七號的低溫液氧貯箱表面還穿著一層厚厚的「棉衣」,主要起到隔絕熱傳導的作用。穿上「棉衣」之後,貯箱內部能夠保持足夠的低溫環境,使得液氧推進劑不會因溫度升高而大量揮發,貯箱外部溫度也不會太低,以至於對外部儀器、人員等造成凍傷。

    「厚棉衣」的主要組成成分是一種塑料泡沫。在棉衣製作過程中,需要使用發泡劑使泡沫膨脹成形,長征七號則使用了一種新型無氟發泡劑,不會對地球臭氧層造成危害。

    盧松濤說,和以往相比,長征七號液氧貯箱所穿「棉衣」中取消了一層金屬鋁箔,並實現了自動噴塗泡沫和表面機加的自動化生產。這些改進不僅大大提高了低溫液氧貯箱的「棉衣」生產效率,還使「棉衣」更為綠色環保、質地輕盈。

中青報·中青網記者 邱晨輝 來源:中國青年報

2022年05月12日 05 版

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