2月11日,中国文昌航天发射场,一枚造型独特的火箭矗立于发射工位,即将执行低空演示验证飞行试验。
与常见构型不同,这枚长征火箭仅由一级箭体构成,顶端是梦舟载人飞船。
人们带着多重期待关注这枚火箭:它将飞船送往何处,是否归来,又将如何归来?
这天,长征十号一子级在天空划出一道轨迹,得到了多重答案。
送飞船——
理解“Max Q”,读懂这次试验
观者或许会感到些许困惑:一枚能力强大的火箭一子级,为何只进行一次短促的飞行?它的燃料,本足以支撑更远的旅程。
这看似“大材小用”的背后,实则任务明确:它要一举多得,首要目标是助力完成飞船最大动压逃逸飞行试验。
理解“最大动压”(Max Q),是读懂这次试验的关键。
火箭拔地而起后,速度迅速增加,同时随着高度攀升,包围它的大气层越来越稀薄。在某个特定的高度区间——最大动压点,火箭速度已经提得足够高,而空气密度尚未降至很低,两者的乘积,即气动压力会达到峰值。
此时是整个飞行过程中箭体结构经受最严峻考验的时刻,如同将手伸出高速飞驰的汽车窗外所感受到的那股几乎要将手臂掀翻的强大力量。
在地面试验中,完全模拟这一综合高速与特定大气环境的瞬间极为困难。而这次任务,就是要让火箭在真实飞行中主动“寻找”并“经历”这一刻。
火箭要精准复现未来载人飞行在上升段可能遭遇的最极端环境之一——最大动压点附近的真实条件。与此同时,还要验证火箭发动机的推力调节能力,采集真实飞行数据。
航天科技集团一院的火箭设计师们必须像驾驭一匹动力过剩的骏马般穿越布满传感器的狭窄通道,对发动机实施精细入微、动态频繁的推力调节。
“先从较低的推力起步,再根据实时飞行数据动态调整油门。”航天科技集团一院朱平平表示,通过预设的变推力程序,火箭抵达最大压力点。这时,顶部的梦舟载人飞船被成功释放,逃逸系统在最恶劣工况下启动。
对于火箭来讲,这个过程本身就是对发动机大范围、高精度变推能力的一次实战考核,其难度不亚于让一位短跑运动员在冲刺中精确控制每一步的力度。这种能力对于重复使用至关重要。
如何回——
技术难点,在这几个动作
如果说上升段是为未来“预演”险境,而接下来的返回段则要验证运载火箭的重复使用技术。这也是试验的另一个重要目的。
与梦舟飞船分离后,这枚一级箭体继续向上飞行,到达100多公里高度后,立刻转向,重返地面。
返回路上的风险,恰恰映射着复用技术的难点。这虽然只是一次试验,却将经历与未来真实任务几乎一致的险况——喷流反卷、气动加热、高压载荷等。而最大的技术难点,浓缩在几个关键动作上——
第一个是发动机高空点火。归途中,发动机需在约37公里高空重启,这是发动机在整个飞行中第二次点火。高空点火与地面点火大为不同。此时,贮箱内的推进剂在微重力环境下不再“安分”地沉在箱底,而是呈飘浮状态,推进剂管理成为生死攸关的问题。
好比一辆高速滑行后熄火的汽车,油箱里的燃油剧烈晃动,却要瞬间重新启动引擎并立即刹车。任何燃料供应管路中的气液混合、供应压力不稳,都可能导致点火失败、推力骤变或发动机“喘振”,导致汽车速度失控。
在工程上,必须依靠精妙的箱内装置,将四处飘散的推进剂“驱赶”到发动机泵的入口处,确保发动机每次点火都能“喝到”稳定、纯净的“燃料饮料”,而非导致爆炸的气液混合物。
第二个是低空“重刹”点火。扎入稠密大气时,箭体承受着剧烈气动摩擦和高温烧蚀,但发动机必须在极高的环境动压下点火,多次在短时间内爆发出巨大推力,将火箭的垂直下降速度逐步从每秒数百米骤降至约每秒50米,在靠近海面处,还要实现悬停。
工程师们形象地称之为“在狂风暴雨中猛踩一脚急刹车”。这不仅要求发动机在极端气动干扰下点火稳定,更对箭体结构特别是经历高温灼烧后的部位提出了极限强度要求。
为应对这些环环相扣的风险,一子级箭体搭载了一套 “故障诊断与在线任务重构系统”,验证火箭智能化飞行能力。
“系统能快速感知发动机异常,一旦主方案失效,它能迅速重构飞行策略,指挥剩余发动机组合出新的推力方案,哪怕只为争取一个‘次优’但可控的结局。”朱平平表示,这为未来火箭的智慧飞行积累了至关重要的试验数据。
网系回收——
独具特色的回收方案
当全球目光习惯于凝视那稳稳站立在着陆场上的火箭时,此次试验配套验证的网系回收方案,则展现了一条迥异且充满巧思的技术路径。
航天科技集团一院许学雷介绍,网系回收属于垂直起降回收的一种,但具有特色。它并非让火箭长出“腿”来站稳,而是让一艘名为“领航者”号的海上平台张开“智能捕获网”去接箭。其原理类似于舰载机借助阻拦索系统在航母降落,不同的是,要回收垂直降落的火箭,需要在高空布设阻拦索,当火箭降至一定高度时,箭上挂钩挂在4根“井”字形绳索上,完成捕获回收。
许学雷告诉记者,相比当前主流回收方案,网系回收对火箭的着陆指标更为友好,得益于火箭入网接驳时大多动能、势能均被地面缓冲机构吸收,对箭上缓冲结构的设计要求大幅降低。针对火箭落点偏差,回收系统可以通过简单高效地调整地面设备尺寸规模提高适应能力,同时也能降低对火箭发动机推力调节能力的要求。此外,海上平台的机动性也让任务规划更灵活。
各方如何协作?答案是火箭找船,船找火箭。海上平台“领航者”号提前锚泊,亮起信标;火箭在最后阶段,依靠自身传感器锁定“灯塔”,主动调整轨迹,将自己精准导引至捕获窗口内。
但在此次任务中,“领航者”号并未真正去捕获火箭,而是停在安全距离外,进行一次全系统演练。网上部分传言,认为火箭“落偏了”,并非如此,而是有意为之。
停泊在安全距离的“领航者”号平台上的激光雷达、相对导航设备、控制算法、驱动机构等系统完全按照真实回收流程运行,它们接收火箭下传的真实数据,并真实地驱动缆绳做出相应捕获动作。整个系统在“不知”存在偏移的情况下,完成一次闭环验证。
朱平平介绍,本次飞行前,这枚一子级箭体已经在地面经历了两次系留点火试验,重点考核了火箭一子级七台并联发动机低工况工作和二次点火启动工作能力,获取了完整的试验数据。每一次点火后的发动机内部清洗与状态评估,每一轮箭体结构产品与电气系统的全面“体检”与测试,都在验证着一套从使用、检测到再准备的流程。
2月11日这天,我们清晰地看到,长征十号运载火箭一子级经过飞行,垂直地、稳稳地落在了海上,而它附近不远处,就是停泊的“领航者”号。
这次独特飞行,在空中划出一道轨迹,却完成了多个任务,这是我国航天人经验和智慧的魅力。
文/记者 邓雨楠
图/新华网
编辑/戴敬宜
审核/贺喜梅
监制/索阿娣 黄希
本站是社保查询公益性网站链接,数据来自各地人力资源和社会保障局,具体内容以官网为准。
定期更新查询链接数据 苏ICP备17010502号-11