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长征六号技术新看点

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精准控制:太空实现“上门投递”

从地面将卫星送入几百公里外的地球轨道,飞行过程中的任何一个细微偏差,都可能导致不可挽回的损失。入轨精度越高,意味着卫星进行轨道调整所耗费的能量越少,可以有效提高卫星的在轨寿命。这是考验火箭能力的重要指标。

火箭的飞行过程需要经历点火发射、级间分离、俯仰偏航、轨道修正、发动机关机及重新点火、载荷分离等一系列复杂动作,如何确保一系列动作的精准控制,这就要仰仗火箭的“神经网络”——控制系统了。

长征六号紧跟国际运载火箭发展趋势,将控制、测量、供配电组成了全新的电气系统,实现了箭上信息一体化、供配电一体化和地面测发控系统一体化,有效提高了火箭电气系统的先进性、可靠性与适应性。在控制系统中,采用了双八表捷联惯组组合导航技术和迭代制导技术,综合利用地面测控网、导航星座系统和中继卫星,实现天基测控和地基测控相结合,在火箭飞行过程中对火箭状态进行实时测量,实现更高的导航精度,确保卫星入轨精度达到百米级,实现点对点投放,达到了国际先进水平。

工艺革新:航天“智造”迈向工业4.0

长征六号在设计中紧跟国际先进水平,采用了全箭数字化协同研发及一体化总装集成技术,引入数字化研发技术和Top-Down设计思想(即工业4.0技术),形成了从总体到分系统到重要单机、自顶向下的数字化设计流程,建立覆盖总体、分系统及关键单机的三维数字样机,替代实物模装,大大降低了研制成本。

如果说将理论转化为设计是考验设计师的智慧,将设计转化为实物考验的则是制造能力。

长征六号一子级采用了单台120吨液氧煤油发动机。在推力既定的情况下,要保证火箭的运载能力,减重是唯一的选择。为了更好地降低火箭自重,长征六号首次采用了大温差隔热复合材料夹层共底贮箱。由于使用液氧煤油发动机,贮箱采用夹层共底结构形式,意味着夹层共底要承受液氧、煤油两个独立系统的正压、反压载荷,同时还要抵抗液氧和煤油之间将近200摄氏度的温差。科技人员耗时16个月,研制了22个贮箱,开展了六次低温加注、强度试验,最终攻克了夹层共底研制难题,并掌握了激光扫描及仿形加工、结构件整体胶接成型等关键制造技术。

低温阀门的研制是另一道难关。长征六号的低温阀门有40多种、90余件,零件生产的精度有的要比常温阀门精确上10倍。液氧温度低至零下183摄氏度,作为火箭管路中的关键部件,阀门必须适应从零下196摄氏度到50摄氏度的大温度跨差工况要求,否则温差变化容易造成阀门产品的收缩、膨胀变形,从而影响气密。这对阀门的原材料选型、零件机加工精度、装配试验维护等等产生了一系列的影响。为了将阀门的变形减到最小,科技人员开展了为期10个月艰苦攻关和试验,最终掌握了低温阀门研制技术。

多星发射:迈向商业发射新起点

上世纪80年代,我国首次实现一箭三星发射技术,后续长征系列运载火箭也曾多次开展一箭多星的国内国际发射任务。一箭多星发射可以充分利用运载火箭的运载能力余量,经济便捷地将搭载卫星送入地球轨道,为卫星发射服务提供多种选择模式。

长征六号首飞采用了一箭20星状态,将中国航天科技集团公司所属航天东方红卫星有限公司、深圳航天东方红海特卫星有限公司和国防科大、清华大学、哈工大、浙江大学6家单位研制的20颗卫星送入了预定的轨道,在国内属于首次。为了满足多星发射的需求,长征六号还在国内首次采用了全透波卫星整流罩,使卫星整流罩具备了全向透波能力,有力改善全箭力学环境和卫星环境条件,使得卫星在旅途中更加“舒适”。

通过对多星发射技术的探索,我国形成了系列化、标准化的多星发射接口,为今后进一步降低卫星发射成本、提升多星发射能力奠定了技术基础。

文/付毅飞 来源:科技日报

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