航天科技集团长征七号运载火箭优化流程、提升能力再升级

文章来源:中国航天报 发布时间:2022-05-11

5月10日,长征七号运载火箭如约起航,一串数字为火箭能力提升作证明:射前准备压缩至8小时,开展了17项技术状态改进,发射窗口拓展至120秒……

中国空间站建造阶段首飞之战,长征七号运载火箭精心准备,以全新姿态交出一份亮眼的成绩单。

12小时压缩至8小时

火箭发射前夜,航天科技集团一院长征七号运载火箭试验队进入射前准备流程。本次发射,试验队首次采用射前8小时发射流程,并行加注液氧和煤油两种推进剂,将原来的12小时流程缩短1/3,进一步提升了发射场工作效率。

按照此前长征七号运载火箭的射前流程,试验队员与发射场01岗互相配合,在发射前12小时开始加注煤油,煤油加注完毕,再加注液氧,避免因煤油、液氧可能同时泄漏导致的安全隐患,确保推进剂加注过程安全。

随着长征七号系列运载火箭发射次数逐年递增,试验队与发射场对火箭状态更加了解、对发射流程更加熟悉,有条件开展射前流程优化。另一方面,沿海发射场气象变化快,流程缩短后将进一步减少高温、高湿、高盐雾环境对箭体的影响,提升火箭发射灵活性。

“发射日减少4个小时,比平时工作减少1天更关键。”长征七号火箭试验队01岗邵业涛认为,最显著的改变是节省了时间。在进入射前流程前,一些塔架上的岗位需要提前2小时到岗准备,这意味着试验队员需要高强度工作近14个小时,战线拉长给人的体能和精力带来双重考验。

许多试验队员对去年天舟二号货运飞船发射任务记忆犹新。当时火箭在两天内两次推迟发射,不少试验队员因此连续作战30多个小时。

射前流程缩短后,有效缓解了试验队员的工作压力,降低了对人员、设备、气象等保障条件的要求,提升了火箭发射的适应性。此外,火箭采用并行加注方案后,减少了煤油的停放时间和温度回升,进一步保障推进剂的品质,提高发射的可靠性。

航天是高风险行业,流程更改牵一发而动全身。长征七号运载火箭是两级半构型,捆绑了4个助推,如果加注煤油、液氧的时间、流量不一致,可能造成火箭重心偏离,倒向一侧;火箭的液氧储箱在煤油储箱顶部,上下同时加注时,储箱内的压力承载能力也受到考验。

为此,火箭研制团队与发射场共同开展安全性分析,对结构载荷、流程适应性进行详细论证及桌面推演,并在发射前进行全流程演练,确保万无一失。

17项改进,发射窗口拓至120秒

首飞至今,长征七号运载火箭在6年间先后5次进驻中国文昌航天发射场,测发天数从38天缩减至31天,再进一步缩短至27天。

在本次发射任务中,长征七号运载火箭开展了17项技术状态改进。其中,出现了北斗卫星导航系统的身影。

2016年长征七号运载火箭首飞时,北斗全球卫星导航系统还未完全组网,火箭设计人员选择以GPS为主、北斗导航为辅进行卫星定位。现如今,北斗全球卫星导航系统已经开通近两年,北斗导航转为第一优先级。

天舟四号货运飞船要求零窗口发射。此次发射,长征七号运载火箭将发射窗口拓展至120秒。试验队通过卫星导航定位授时,火箭系统自动计算时间偏差、修正轨道面、精确入轨,将发射窗口拓展至2分钟,显著提升了载人航天交会对接任务的适应能力。

“为了用上中国北斗,箭上软件硬件都做了相应更改,全部测试合格,北斗卫星导航的定位精度和可靠性与国际水平相当。”邵业涛说。

发动机是火箭的心脏,火箭研发团队按计划逐步提升发动机可靠性。本次发射任务中,试验队对发动机的设计和工艺展开了10余项改进。经评估,长征七号运载火箭飞行可靠性已达到0.9838。

在飞行可靠性方面,火箭结构越简单、飞行子样越多、地面试车时间越长,可靠性就越高。在载人航天工程中,长征二号F运载火箭飞行可靠性达到0.9894,长征七号与之相比仍有差距。在新一代运载火箭中,长征七号飞行可靠性名列前茅。对比相似构型的运载火箭,长征七号的可靠性已经达到世界先进水平。

“经历过苛刻的考验,我们对操作和产品有更强的信心。”邵业涛认为,作为天舟货运飞船的专属座驾,长征七号运载火箭将在宇航发射中逐步完善,火箭飞行可靠性将越来越高。

在我国新一代运载火箭中,长征八号运载火箭一子级与长征七号运载火箭芯一级基本一致。长征七号A运载火箭沿用了长征七号的助推器、芯一级和二级,“三兄弟”齐头并进,经过验证的项目将在其他型号上及时跟进,火箭技术状态改进保持动态一致。

按照载人航天工程的规划,在空间站建造和运营阶段,长征七号运载火箭将继续执行货运飞船的发射任务。对此,火箭设计人员策划了30余项改进措施,将逐步落实到后续发射任务中。(文/胡蓝月 摄/胡蓝月 吴桐小雨 高文豪)