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防热防雨又防风,带你认识中国载人航天“货运专列”

防热防雨又防风,带你认识中国载人航天“货运专列”
2021年09月20日 15:21 新浪网 作者 中国科技网

  董佳莹 科技日报记者 付毅飞

  9月20日,中国航天科技集团一院抓总研制的长征七号遥四运载火箭(以下简称“长七火箭”)在海南文昌航天发射场托举天舟三号货运飞船驶入太空,成功将其送入预定轨道。

  航天员要在空间站长期驻守,吃、穿、用乃至呼吸所需的物资,都要由货运飞船运送;空间站维持正确轨道所需的燃料,也要靠货运飞船供给。为了保障“太空快递”安全运输,一院研制团队将长七火箭打造成防热、防雨、防风的载人航天“货运专列”。

  防热“开衫”重量轻效率高

  火箭飞行过程中,随着芯级发动机喷出巨大火焰,助推器后过渡段要承受喷焰回卷的强热流。其热防护设计如果不够会造成结构烧蚀,过度设计又会影响火箭的运载能力。

  设计人员创新了防热材料的应用和安装方式,不仅重量更轻,防热效率也更高。

摄影:史啸姜文博

  一院长七火箭结构设计师姚瑞娟介绍,设计人员创新思路,将像“开衫”一样的特制防热毛毡“披”在火箭助推器上。这种柔性防热毛毡有里有面有夹层,从靠近芯级的一侧开始“披”上,在远离芯级的外侧开口,让助推器后过渡段免受“烤”验。

  姚瑞娟介绍,如果采用在助推器后过渡段喷涂防热涂层的传统防热方式,不但生产周期较长,而且重量会达到70公斤至100公斤。新型防热毛毡重量只有20公斤左右,而且防热效果更好。在长七火箭上成功应用后,该技术还将推广应用于其他型号。

  通过结构设计实现防水功能

  大多数火箭发射时都会避开雷雨天,而长七火箭则能实现中雨发射,这是因为我国新一代运载火箭具备“防水”能力。

  由于文昌航天发射场所处气候环境潮湿,降水量大,在我国新一代运载火箭研制之初,就将“能够在雨中发射”作为重要的设计要求之一。

  除了防雨水,新一代运载火箭由于低温推进剂原因,箭体表面的温度低,会形成大量冷凝水,像出汗一样顺着箭体往下流。箭壁、管路上的冷凝水还可能结冰,冰融化又会形成冰霜融化水。这都是火箭需要防范的。

  据一院总体部设计人员卢松涛介绍,自新一代运载火箭设计之初,防水功能尽量通过结构设计实现。例如在部段对接处加装密封条、在细小孔径和缝隙涂硅橡胶、在分离面设计密封块等,起吊附件、箭体盖板等配置了密封垫;在排气孔处,设置了内置导流罩,实现排气防水双功能并举;针对低温液体贮箱加注后无法避免地冷凝水聚集问题,采取封堵与疏导相结合的思路,在贮箱前短壳与绝热层平齐的位置开设排水孔等。

  “以长七火箭为例,仅电连接器防水部位就有千余处。这还不包含电缆本体、电缆进出口、仪器本体、仪器与结构缝隙和结构总体专业防水。课件防水工作量之大。”卢松涛说。

  遇到8级大风也能垂直转场

  50多米高的长七火箭,需要站立在移动发射平台上完成垂直转场,这会受到当地浅层风的挑战。

  据了解,每年8 月至11月,文昌发射场会受到强热带风暴和台风影响,而且由于临海,风速随着高度增加而越来越大。如果再地面感受到的是微风,吹到火箭“头上”的可能就是大风了。

  一院长征七号运载火箭总设计师程堂明介绍,为了提升抗风能力,长七火箭上装有防风减载装置,使其抗风能力超过现役火箭。即使遇到8级大风天气,长七火箭依旧可以转场。

  据介绍,这套装置采用可伸展的桁架结构,一端固定在活动发射平台的脐带塔上,展开以后另一端与火箭二级发动机机架接头对接,这样在垂直转场过程中将火箭与脐带塔连接起来,能够显著降低火箭受到的风载。

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