我国首型固体捆绑火箭首飞成功,长征火箭家族再添新丁

长征六号改是我国首型固体捆绑中型运载火箭 , 首飞取得圆满成功标志着我国新一代运载火箭家族再添新成员 , 进一步完善了我国新一代运载火箭的型谱建设 。
3月29日 , 我国首型固体捆绑中型运载火箭长征六号改在太原卫星发射中心成功发射 , 顺利将浦江二号卫星和天鲲二号卫星送入预定轨道 。
中国航天科技集团八院长征六号改运载火箭总指挥洪刚介绍说 , 长征六号改运载火箭成功首飞实现了我国固体捆绑等一系列技术新突破 , 推动新一代运载火箭迈向更高效、更智能、更安全 , 为我国新一代运载火箭的创新发展奠定了坚实基础 。
我国首型固体捆绑火箭首飞成功,长征火箭家族再添新丁
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本文图均为 中国航天科技集团八院 图
长六改火箭为何选择“混动模式”
长征六号改运载火箭(以下简称:长六改火箭)外形上最大的特点是捆绑4个助推器 , 但与以往长征火箭捆绑液体火箭助推器不同 , 长六改捆绑的是固体火箭助推器 , 直径2米 , 由中国航天科技集团四院研制 。 火箭芯一、二级直径为3.35米 , 一级采用两台120吨推力的液氧/煤油发动机 , 二级采用一台推力18吨的液氧/煤油发动机 , 火箭总长约50米 。 澎湃的动力能让530吨重的火箭顺利升空 , 将至少4吨重的载荷送上700公里的太阳同步轨道 。
长六改火箭作为我国第一型“混合动力”的新一代长征系列运载火箭 , 在技术难度高、系统复杂的航天领域也玩了一把跨界 。 那么 , 长六改为何选择“混合动力”呢?
长六改火箭之所以选择固体助推器加液体芯级的“混合动力”模式 , 主要是因为两种类型发动机的各有优势 , 固体发动机具有结构简单、可靠性高、推力大和长时间储存等优势 , 而液体发动机具有工作时间长、性能高的优势 , 组合在一起可实现运载火箭动力系统技术性与经济性的完美结合 。
随着空间装备和空间活动、深空探测技术的不断发展 , 世界主要航天大国都在致力于加快发展捆绑固体助推器的大型运载火箭技术 。 比如法国的“阿里安”-5、美国的“宇宙神”-5火箭都采用这种构型 , 美国即将发射的重型运载火箭SLS也采用固体助推器加液体芯级的“混合动力”模式 。
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长六改火箭上配备的助推器每枚助推推力可达120吨 , 采用分段式结构 。 “固体发动机要达到更大推力 , 必须掌握分段式发动机技术才行!”中国航天科技集团有限公司四院长六改固体发动机总设计师王健儒指出 。 分段式固体发动机具有推力大、工作时间长 , 结构尺寸大等特点 , 是运载火箭实现大起飞推力的有效途径 。 同时 , 采用分段技术 , 可大幅降低发动机技术难度、研制条件、运输等难度以及研制成本 。
固体助推器加液体芯级的“混合动力”模式优点很多 , 但技术难度也不小 , 必须突破固体助推器捆绑与分离技术、捆绑点大集中力扩散技术、固液捆绑联合摇摆控制等关键技术 。 为了克服在飞行过程中固液发动机联合工作带来的复杂力、热环境 , 为此研制人员建立了全面完整的捆绑火箭力学环境条件设计方法体系和气固两相喷流底部热环境预示模型 , 国内首次定量描述了声致振动特性 , 通过精准预示和控制措施 , 有效确保了“乘客”的乘坐舒适性 。
作为一枚捆绑火箭 , 助推器完成“使命”后与芯级安全分离是火箭飞行过程中最关键的分离程序之一 。 为了实现在恶劣的力热环境、发动机后效推力、气动阻力等复杂干扰情况下 , 确保助推器和芯级安全的分离 , 研制团队合理选择分离动力源并优化布局 , 结合分离时序等设计 , 消除了众多干扰因素对分离的影响 , 确保助推器分得开、分得稳 。 同时 , 在研制阶段 , 长六改火箭还成功实施了3次固体助推捆绑地面分离试验 , 进一步验证了助推分离技术方案的正确性 。

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