天宮一號發(fā)射在即，這次誰(shuí)來(lái)把“天宮”送上天？答案是——有著(zhù)“神箭”之稱(chēng)的長(cháng)征二號F火箭。
航天工程專(zhuān)家詳解 新“長(cháng)二F”，新在哪里？
天宮一號發(fā)射在即，這次誰(shuí)來(lái)把“天宮”送上天？答案是——有著(zhù)“神箭”之稱(chēng)的長(cháng)征二號F火箭。
與3年前發(fā)射神舟七號載人飛船的長(cháng)二F火箭相比，此次發(fā)射天宮一號目標飛行器的長(cháng)二F火箭有超過(guò)170項技術(shù)狀態(tài)的變化，載人航天工程運載火箭系統總設計師荊木春說(shuō)：“這樣規模的變化，相當于再造一枚全新火箭�！�
根據天宮一號體積調整，火箭整流罩相應增大
荊木春介紹說(shuō)，改進(jìn)型長(cháng)二F火箭具有發(fā)射天宮一號目標飛行器和飛船的兩個(gè)狀態(tài)，運載能力分別為8.6噸和8.1噸，比傳統狀態(tài)的“長(cháng)二F”提高了0.6噸和0.1噸。
由于此次目標飛行器不載人，長(cháng)二F火箭取消了逃逸塔裝置。
在發(fā)射“天宮一號”時(shí)，火箭外形上的最大變化是整流罩。整流罩位于火箭頂端，有著(zhù)火箭的“皇冠”之稱(chēng)�；鸺涨�，整流罩在地面保護飛船或衛星，保證飛船或衛星對溫度、濕度、潔凈度的要求。而在火箭升空穿過(guò)大氣層時(shí)，整流罩可以使飛船或衛星免受氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱損傷。
“改進(jìn)型長(cháng)二F火箭整流罩長(cháng)度為12.7米，最大直徑為4.2米，是目前國內最大的整流罩。它是根據天宮一號的體積相應調整的�！被鸺到y副總設計師張智說(shuō)，天宮一號體積比之前的神舟飛船都要大，因此整流罩也要相應變大。同時(shí)，整流罩頭部設計采用流線(xiàn)式的馮·卡門(mén)曲線(xiàn)，能更好地減小空氣阻力，減輕載荷影響。
馮·卡門(mén)曲線(xiàn)頭部涉及很多復雜的加工工藝以及材料成型問(wèn)題，具有很高的技術(shù)難度�！伴L(cháng)二F”研制團隊在進(jìn)行了一系列艱苦的工藝攻關(guān)、論證后，才最終將采用馮·卡門(mén)曲線(xiàn)的整流罩從理論變成現實(shí)。
置換了全新“大腦”，可提高入軌精度
要圓滿(mǎn)完成空間交會(huì )對接任務(wù)，對火箭的控制系統提出了更高的要求。
據荊木春介紹，改進(jìn)型長(cháng)二F火箭的控制系統是個(gè)全新的系統，從使用的方案、原理、具體設備、軟硬件等方面與傳統狀態(tài)的“長(cháng)二F”相比，發(fā)生了很大變化，相當于給火箭置換了一個(gè)全新的“大腦”。
慣性測量組合是火箭控制系統的核心，也是影響火箭入軌精度的關(guān)鍵部件。和以前相比，改進(jìn)型長(cháng)二F火箭控制系統采用兩套慣組作為測量裝置。
在制導方式上，火箭系統副總設計師宋征宇介紹說(shuō)，此次火箭的制導方式首次使用了迭代制導技術(shù)。
迭代制導是隨著(zhù)現代計算機技術(shù)和最優(yōu)控制理論發(fā)展而出現的一種自適應制導技術(shù)，可根據火箭當前的速度、位置以及預估的入軌點(diǎn)，不斷調整自己的飛行軌跡。
“打個(gè)比方，家住五環(huán)路，工作單位在三環(huán)路。攝動(dòng)制導給你規定好了具體路徑，而迭代制導只是告訴你目的地，并不限制具體路徑�！鼻G木春說(shuō)。
據了解，首次交會(huì )對接任務(wù)對天宮一號的入軌精度并沒(méi)有很高要求，但對神舟八號入軌精度要求很高。因此，科研人員選擇了兩套制導方案：當發(fā)射目標飛行器時(shí)，火箭僅采用攝動(dòng)制導；當發(fā)射飛船時(shí)，火箭采用“攝動(dòng)+迭代”組合制導。
可靠性指標和安全性指標均為火箭家族中最高
除了整流罩的外形變化，火箭箭體結構系統的助推器內部頂端的形狀也發(fā)生了變化，由原來(lái)的橢球形改成錐形。荊木春表示：“這樣做是為了能夠承載更多推進(jìn)劑，使火箭的運載能力提高了100多公斤�！�
改進(jìn)型長(cháng)二F火箭，還對箭體內部的動(dòng)力系統采取了15項改進(jìn)措施，來(lái)提高火箭的可靠性。目前，長(cháng)二F火箭的可靠性指標為0.97，安全性指標達到0.997，是火箭家族中最高的。
8月18日，“長(cháng)征二號丙”運載火箭發(fā)射“實(shí)踐十一號04”衛星，火箭在飛行過(guò)程中發(fā)生故障，衛星未能進(jìn)入預定軌道。
航天科技集團公司迅即開(kāi)展了數據分析、計算仿真和試驗驗證工作，查明了故障原因，制定了改進(jìn)措施，對包括天宮一號發(fā)射任務(wù)在內的同系列火箭進(jìn)行了“舉一反三”和改進(jìn)。荊木春表示，“通過(guò)‘舉一反三’，提前發(fā)現了運載火箭的一些薄弱環(huán)節，并且采取改進(jìn)措施，進(jìn)一步提高了火箭的可靠性”。
