作為我國最新研制的新一代中型運(yùn)載火箭，長征七號(hào)的首飛備受矚目。今天，中國青年報(bào)·中青在線記者來到海南文昌航天發(fā)射場實(shí)地探訪長征七號(hào)，并采訪相關(guān)專家，揭秘首飛前的大火箭。
近地軌道運(yùn)載能力最大
長征七號(hào)作為我國目前近地軌道運(yùn)載能力最大的火箭，它的近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到13.5噸，是以往火箭的1.5倍。航天科技集團(tuán)運(yùn)載火箭研究院長征七號(hào)火箭副總指揮張濤說，長征七號(hào)運(yùn)載火箭將大大提升中國航天的綜合實(shí)力，加速創(chuàng)建航天強(qiáng)國的步伐。
張濤介紹，長征七號(hào)運(yùn)載火箭是我國目前發(fā)射占位最短的火箭，為了適應(yīng)海南多臺(tái)風(fēng)的特點(diǎn)，也為了未來的高密度發(fā)射準(zhǔn)備，長征七號(hào)需要具備在發(fā)射區(qū)快速發(fā)射的能力，與以往垂直轉(zhuǎn)運(yùn)只運(yùn)輸火箭不同，長征七號(hào)采用了更大、更快的新型活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)，火箭和設(shè)備同時(shí)垂直轉(zhuǎn)運(yùn)，到達(dá)發(fā)射工位后不再需要測試，簡單準(zhǔn)備后就能夠發(fā)射。
此外，長征七號(hào)是我國首次在海洋環(huán)境發(fā)射的火箭，海南發(fā)射場與內(nèi)陸發(fā)射場最大的不同是濕熱多雨、臺(tái)風(fēng)頻繁的海洋氣候，而火箭上的許多精密儀器對(duì)外界環(huán)境是非常敏感的。
因此長征七號(hào)的研發(fā)中有一個(gè)專門的攻關(guān)項(xiàng)目就是海南自然環(huán)境的適應(yīng)技術(shù)，科研人員開展了許多試驗(yàn)并最終通過了嚴(yán)格的考核驗(yàn)證，所以現(xiàn)在長征七號(hào)具備在海南復(fù)雜氣象、氣候環(huán)境下全天候的發(fā)射能力。
500余噸重 超九成是燃料
火箭往往都是“鋼筋鐵骨”的大個(gè)子，體重達(dá)幾百噸，不過這么個(gè)大家伙，其體重的90%甚至更多都奉獻(xiàn)給了燃料。以長征七號(hào)為例，其總體重為500余噸，箭體外殼、電纜、儀器等重量加在一起只有50余噸，其余都是液氧煤油推進(jìn)劑的重量。
按照航天科技集團(tuán)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院專家的說法，火箭是衛(wèi)星等載荷通往太空的“專車”，對(duì)這輛“專車”來說，車本身的自重越小越好，能提供動(dòng)力的燃料越多越好。這樣就可以把盡可能多的“運(yùn)量”留給“乘客”。
留出來的“運(yùn)量”對(duì)衛(wèi)星等載荷來說意義重大。到太空一次不容易，它們可以增加一些功能件、多攜帶一些試驗(yàn)產(chǎn)品及燃料等，在太空做更多的事情。
航天科技集團(tuán)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院總體部設(shè)計(jì)人員徐利杰說：“燃料在火箭整個(gè)體重中比重越大，火箭的結(jié)構(gòu)效率越高，說明設(shè)計(jì)越合理?！彼f，在設(shè)計(jì)中，他們把火箭的外殼、電纜、儀器等重量稱為“死重”，要把這些部件盡可能設(shè)計(jì)得簡潔、功能強(qiáng)大，以減輕重量。
給火箭加注燃料就像我們給車加油一樣，會(huì)盡可能“加滿”。太空那么大，讓火箭“吃飽”了再出發(fā)。
加注完燃料的火箭“腳重頭輕”，芯一級(jí)加上助推器要比芯二級(jí)重3倍多。以長征七號(hào)火箭為例，加注后，芯一級(jí)和助推器共重470余噸，芯二級(jí)重100余噸。高度越低，地球引力越大。點(diǎn)火飛行后，助推器、芯一級(jí)、芯二級(jí)的燃料依次完成使命，從“星箭組合體”上脫落。
助推器和芯一級(jí)的燃料，能將衛(wèi)星等載荷送到近90公里的高空。這時(shí)候，火箭的體重只有100余噸，只剩原體重的不到1/5。芯二級(jí)用芯一級(jí)1/5重量的燃料，可以將衛(wèi)星等載荷再送高110公里，這時(shí)候火箭完成使命，功成身退。越到高空，“星箭組合體”重量越輕，火箭飛起來越省勁兒。
其實(shí)，每次火箭發(fā)射，完成使命脫落的燃料箱中，都有燃料剩余，并不是火箭不需要它們了，而是為了火箭的安全，必須拋棄它們，這部分燃料有800余公斤。
在火箭飛行過程中，燃料經(jīng)過出流裝置供給到發(fā)動(dòng)機(jī)入口，隨著燃料消耗，增壓氣體會(huì)源源不斷地輸送進(jìn)燃料箱，保持燃料箱結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)機(jī)入口推進(jìn)劑的壓力。
但當(dāng)燃料液面降到箱底附近時(shí)，如果出現(xiàn)漩渦、塌陷等，會(huì)造成氣體進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)入口，這樣極易發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)故障甚至爆炸。為了防止這種現(xiàn)象，只有在燃料還沒有用完時(shí)，提前關(guān)機(jī)、脫離。
在設(shè)計(jì)人員的認(rèn)知里，這部分燃料的重量也是“死重”，怎么讓燃料擺脫“死重”的命運(yùn)呢?2013年，運(yùn)載火箭技術(shù)研究院總體部研制出一種高效防止漩渦、塌陷的出流裝置，可以減少一半的燃料浪費(fèi)，占燃料總量的千分之八，大大提高了有效載荷量，盡量讓火箭不浪費(fèi)一分力氣。
一枚冷酷的“冰箭”
記者在海南文昌采訪期間獲悉，長征七號(hào)運(yùn)載火箭使用的推進(jìn)劑液態(tài)氧的溫度極低，因此被航天人稱之為“冰箭”。
有多“冰”?長征七號(hào)加注的推進(jìn)劑是液氧、煤油，是低溫燃料，其中液氧的溫度達(dá)零下183攝氏度。
低溫燃料加注后，試驗(yàn)現(xiàn)場的發(fā)射塔就像“大冷庫”，貯箱隔板外全是厚厚的霜，航天科技集團(tuán)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院設(shè)計(jì)師朱平平告訴記者，試驗(yàn)隊(duì)員每次去檢查，都凍得瑟瑟發(fā)抖，頭發(fā)和眉毛上都會(huì)結(jié)一層厚厚的霜。
為防止推進(jìn)劑貯箱外表面溫度過低導(dǎo)致的結(jié)冰，以及極低溫度對(duì)儀器、電纜等的影響，低溫貯箱外表面需要制備一層1～2厘米厚的密度極低的隔熱結(jié)構(gòu)，就像給火箭披上了一件由該院研制的“防寒服”。
該院科研人員稱，有了這件“防寒服”，盡管推進(jìn)劑溫度如此之低(液態(tài)氧低至零下183攝氏度)，但是火箭外表面溫度依然可以保持在0℃以上。
有自己的專屬“臍帶塔”
胎兒在母體里的10個(gè)月，臍帶起到了至關(guān)重要的作用，為胎兒汲取養(yǎng)料、排除廢料。在長征七號(hào)火箭到達(dá)發(fā)射場之后，也有著這樣重要的“臍帶”，與母體內(nèi)的臍帶有著異曲同工之妙，它就是火箭的加注管道、供氣管道、空調(diào)管道以及電纜等等，它們向火箭源源不斷地輸送燃料、供氣以及調(diào)節(jié)體溫。
據(jù)了解，現(xiàn)役火箭的管道、電纜都在發(fā)射塔架上，這些“臍帶”要一直工作到火箭起飛前，進(jìn)行發(fā)射前的最后補(bǔ)加，然后由地面遙控使加注管道自動(dòng)脫落。此外，控制系統(tǒng)的一些電纜，動(dòng)力裝置系統(tǒng)的一些檢測、吹除、增壓管線，以及一些箭內(nèi)環(huán)境空調(diào)管線都要在火箭發(fā)射前完成所有工作，直到起飛前才從箭上脫落。
不過，根據(jù)航天科技集團(tuán)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院專家的介紹，如果連接器不能按時(shí)、可靠脫落，就要貽誤發(fā)射，甚至影響發(fā)射成敗。如今，長征七號(hào)運(yùn)載火箭有了專門的承載火箭加注管道、供氣管道的裝置——臍帶塔。
長征七號(hào)地面設(shè)備副主任設(shè)計(jì)師吳夢(mèng)強(qiáng)告訴記者，長征七號(hào)將首次在非內(nèi)陸發(fā)射場執(zhí)行發(fā)射任務(wù)，而我國臺(tái)風(fēng)預(yù)測能力僅能提前1周，以往火箭所有管路連接以及測試驗(yàn)證都是在發(fā)射陣地進(jìn)行，大概需要20天，如今天氣的不確定性，火箭不能在發(fā)射陣地如此長時(shí)間工作，為此，設(shè)計(jì)人員專門設(shè)計(jì)了臍帶塔，在技術(shù)陣地完成相關(guān)技術(shù)的驗(yàn)證和試驗(yàn)后，火箭轉(zhuǎn)場過程中可以保證所有連接狀態(tài)不變，到發(fā)射陣地后直接進(jìn)行加注發(fā)射，縮短在火箭發(fā)射陣地的測試時(shí)間。
如今，長征七號(hào)臍帶塔已經(jīng)在海南發(fā)射場展露真容，坐落在活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)上。
吳夢(mèng)強(qiáng)說，長征七號(hào)臍帶塔的兩側(cè)裝有6根擺桿，內(nèi)部鋪設(shè)有加注、供氣、空調(diào)管路和箭上眾多控制電纜，以及配氣臺(tái)和中頻電源房間，因此它的結(jié)構(gòu)及組成是最復(fù)雜的，這也意味著我國運(yùn)載火箭的研制技術(shù)又邁出了一大步。
本報(bào)海南文昌6月24日電
