昨日(5月29日)20時55分,長征7號遙3火箭點亮文昌航天發射場的夜空,成功將太空站天舟2號的「貨運飛船」送入太空,今早5時貨運飛船和大太空站核心倉成功對接。遲來9天的勝利,發射現場全體試驗隊員懸著的心總算落了地。
原定於5月20日凌晨發射的天舟2號任務,為何會連續2次推遲發射?在過去9天的時間里,科研人員又是如何解決技術難題,最終不辱使命完成任務?
長征7號遙3火箭發射現場。
一個異常,一場硬仗。
5月19日晚上21時40分,距離長征7號遙3火箭原定發射時間不到3個小時,發射指控大廳中的數據信息顯示:「一個壓力值參數異常!」陡然間,發射大廳現場陷入一片寂靜。
偌大的火箭,龐大的系統,出問題的漏點在哪裡?面對這一情況,中國航天科技集團一院動力系統指揮邵業濤感慨:「我們的低溫火箭又將經歷一場嚴酷的考驗。」
火箭上天萬萬不可有半點閃失。彼時,火箭箭體已完成加注燃料,尾艙內一直處於熱氮氣吹除的狀態。這也意味著試驗隊員必須要帶呼吸面罩進艙。
隨即,兩名總裝人員換好服裝、戴好面罩,從50公分見方的艙門鑽進了箭體。艙內一片漆黑,氣體吹除的聲音震耳欲聾,但他們無暇顧及密閉空間的憋悶和因低溫燃料帶來零下183℃的嚴寒,繼續攀爬在箭體結構件上,仔細鎮定地摸索著檢漏點。
「找到了!」兩次核查後,問題暴露,但很快後方傳來消息,這並不是元兇。5月19日晚上,距離發射預定時間還有不到2小時,型號領導一致決定:「推遲發射。」
失落佔據了試驗隊員的心情,大家感到「心涼了半截」。然而,眾人更明白:這是指揮部經過慎重研究的結果,不讓火箭帶一絲隱患上天,這是鐵的紀律,是底線,不可動搖。
當天夜裡,試驗隊員緊急部署,打起十二分精神,繼續投入到緊張的排故中。5月20日,試驗隊員先後分4撥再次進艙排查,找到了新問題,並經過系列措施扭轉局面。
「又有希望了!」大家長吁一口氣,精神抖擻迎接第2次發射時間即5月21日凌晨的發射。然而好事多磨,負8小時推進劑補加之後,異常再次出現,發射再度推遲。
冰火兩重天的堅守。
原定於5月20日凌晨的發射兩度推遲,距離下一個發射窗口還有9天,火箭燃料兩加兩洩,高溫高濕高鹽霧之中,長征7號這枚「冰箭」要經歷怎樣的磨練?這注定是一場鏖戰。
事不宜遲,發射推遲後,型號隊伍火速調整狀態,重整旗鼓,倒排計劃,開始為期4天的所有問題歸零。為了進一步摸排故障,試驗隊員仍然要一批批進艙。艙內低溫、憋悶,一名試驗隊員剛出艙便吐了一地。然而,沒有人因此而退縮。連續48小時作業後,沒有人喊苦、沒有人叫累。
長征7號火箭是名副其實的「冰箭」。火箭第一次推遲發射後,試驗隊員發現,箭體出現結冰現象。「火箭在大量的低溫燃料加注後暴露這麼長時間,這在我們航天史上是第一次。」中國航天科技集團一院211廠天津大火箭公司57車間副主任趙鴻飛介紹。
用的液氧燃料沸點是零下183℃的低溫。
5月的海南,酷暑難耐,室外溫度36°,濕度達到了90%以上,冰箭之中,零下183℃的低溫。「冰火兩重天」考驗著長征7號火箭,也考驗著每一名試驗隊員。箭體上,氧箱前的短殼上,冰塊一個接一個,大的足足有30-40釐米長,10釐米寬。隊員們用現有工具小心翼翼地鑿冰,還專門有人拿著兜子接冰,唯恐冰塊傷到設備。
這批天津大火箭的總裝團隊裡,90後年輕人佔90%以上。摸排故障期間,隊員們眼睛裏夾雜著紅血絲,雙腿起滿了痱子,嘴上卻說:「我們還能行。」為了趕時間、追進度,塔架下送來的綠豆湯,竟沒有一個人來得及喝一口。
這群「第一批見到火箭」、發射現場「最後一批撤崗」的火箭青年再次用實際行動續寫了「後牆不倒」的錚錚誓言。
推遲發射是為了確保成功,而成功是唯一標準。面對火箭異常,中國航天科技集團一院上下一盤棋,試驗驗證定位、歸零計劃、逆流程計劃,型號辦迅速反應,為後續工作有序開展打下基礎。
5月25日,歸零工作接近尾聲。5月26日,模擬發射演練;5月27日、28日,加注準備。本周六(5月29日)火箭推進劑加注,當晚20時55分順利發射。
5月29日火箭順利發射。
歷時9天磨礪,長征7號遙3火箭順利走完全部流程,最終實現了圓滿成功,打贏了這場榮譽之戰。中國航天科技集團一院長征7號火箭型號總師程堂明說:「這是太空站建造承上啓下的關鍵之戰,我們的目標有且只有一個,我們追求的就是『穩穩的成功』。」
對此,中國航天科技集團有限公司一院院長王小軍表示,火箭連續2次推遲發射,3次準備發射,其間經歷了推進劑全卸出,今天能夠取得最終的發射勝利,這是研制隊伍用短短7天艱苦卓絕的工作換來的。航天人在工作中堅持「嚴、慎、細、實」,也是在為勝利而戰,為使命而戰,為榮譽而戰。
外媒介紹長征7號遙3火箭規格。
今次送上太空的天舟2號貨運飛船,是中國太空站工程建造階段的首艘飛船。本次任務將首次實現貨運飛船與空間站天和核心艙的交會對接,運送航天員在空間站上所需的生活用品、開展空間科學實驗的物資以及用於天和核心艙補加的推進劑。隨著天舟2號順利發射升空,中國太空站在軌建造正穩步推進。
毛拍手
** 博客文章文責自負,不代表本公司立場 **
據中國載人航天工程辦公室消息,天舟2號貨運飛船入軌後順利完成入軌狀態設置,於今日(5月30日5時01分),採用自主快速交會對接模式,精准對接於天和核心艙後向端口,整個過程歷時約8小時。天舟2號貨運飛船攜帶了航天員生活物資、艙外航天服及太空站平台設備、應用載荷和推進劑等,與天和核心艙完成交會對接後,轉入組合體飛行階段,將按計劃開展推進劑補加和空間應用項目設備測試等工作。
火箭升空瞬間。
航天科技集團一院長征7號運載火箭試驗隊現場01指揮員、主任設計師徐利傑介紹,發射窗口是指允許火箭發射的時間範圍。在我國以往大部分航天發射任務中,發射窗口都是在一個時間段內。但由於本次發射任務要實現貨運飛船與天和核心艙的交會對接,需要將貨運飛船發射到天和核心艙所在的空間軌道面,這樣才能保證兩個航天器順利「牽手」,這就要求火箭必須按照預先計算好的時間,分秒不差的點火升空,也就是我們說的「零窗口」。
與「窄窗口」相比,「零窗口」發射的難度在於發射時間精確到秒,如果發射前系統的某個環節出現問題,就只能推遲到下一個發射窗口,重新組織推進劑加註和發射工作,對發射任務帶來比較大的影響。而長征7號火箭作為低溫火箭,與常規火箭相比,還面臨低溫推進劑加註問題和複雜的發射前流程。因此,要實現「零窗口」發射,難度更大。
「發射前4分鐘內,要連續完成10多個關鍵動作,比如貯箱增壓、管路排空、連接器脫落、擺桿擺開等一系列複雜動作,哪個環節出現異常都會影響‘零窗口’發射。」徐利傑介紹。在長征7號遙2火箭發射天舟一號貨運飛船時,就實現了「零窗口」發射。
雖然已經具備了「零窗口」發射技術,但是為了更好地適應故障情況,提高火箭按時發射的能力,型號隊伍首次採用了自動獲取起飛時間進行入軌目標參數在線迭代修正技術,最終將精確到秒的「零窗口」拓展為2分鐘左右的「窄窗口」。也就是說,如果火箭起飛時間的偏差在2分鐘以內,火箭就可以根據起飛時間自行修正飛行軌跡,保證貨運飛船仍然能夠進入核心艙所在的軌道面,提升了長7火箭對發射任務的適應性。
據悉,此次,天舟2號飛船密封艙攜帶的貨物重量約 4.69 噸,推進劑約 1.95 噸,物資總重近 6.64 噸。其中包括,能供3人3個月使用的消耗品、2套艙外航天服以及平台物資等。本次發射是為後續航天員進駐空間站做生活物資準備。
建成後中國太空站的基本結構,可見貨運飛船與核心艙對接的狀態(設計圖)。
2021年4月29日,我國曾用長征5號運載火箭成功發射了「天和」核心艙,核心艙全長16.6米,最大直徑4.2米,發射質量22.5噸。核心艙在設計上有很大突破,供航天員工作生活的空間達到了50立方米,可支持3名航天員長期在軌駐留。
核心艙又可細分為:節點艙、生活控制艙和資源艙。節點艙用於對接「神舟」載人飛船、用於空間實驗艙的停泊和航天員的出艙;生活控制艙用於航天員工作、實驗和睡眠休息等;資源艙為核心艙提供能源保障和對接「天舟二號」貨運飛船等。
在空間站常態化運行後,將有3名航天員作為一個組長期駐留,定期輪換。輪換期間,最多可有6名航天員同時在空間站工作,完成交接後,前一個乘組乘坐載人飛船返回地球。
天舟貨運飛船(藝術圖)。
今次送上太空的天舟貨運飛船全長為10.6米,最大直徑約3.35米,太陽電池翼展開後最大寬度14.9米,整船最大裝載狀態下重量達13.5噸。飛船由貨物艙和推進艙組成:其中貨物艙用於放置各類貨物、設備;推進艙為貨運飛船提供電力能源、推進控制動力並裝載推進劑。
長征7號的上次發射還是2017年4月20日,那次是把天舟一號貨運飛船送入地球軌道,與當時還在運行的天宮二號空間實驗室對接,進行了物資補給。
5月18日,長征七號火箭搭載天舟2號貨運飛船轉場情景。
長征7號是中國載人航天工程為發射貨運飛船而全新研制的新一代中型運載火箭。長征7號採用「兩級半」構型,箭體總長53.1米,芯級直徑3.35米,捆綁4個直徑2.25米的助推器。近地軌道運載能力不低於14噸,700公里太陽同步軌道運載能力達5.5噸。
長征7號運載火箭於2016年6月25日從中國文昌航天發射場首次成功發射,這也是文昌航天發射場的首次發射任務。預計將來逐步替代現有的長征2號、3號、4號系列,承擔中國80%左右的發射任務。
長征7號採用無毒無污染的液氧、液氫和煤油作為推進劑。火箭第一級、第二級和四枚助推器都是採用無毒污染的液氧/煤油作為推進劑,第三級則採用更加高效的液氧/液氫作為推進劑。
我們知道,液氧的沸點是零下183攝氏度,而液氫的沸點更是驚人的零下253攝氏度,僅高於絕對零度20度(絕對零度為零下273攝氏度),是名副其實的「冰箭」。
處於低溫狀態的液氫和液氧像是難以馴服的怪獸,大型低溫火箭的研發難度是非常高的。當然,氫氧火箭的優點也是非常明顯的,那就是比衝非常高,能夠用更少的火箭燃料把更多的載荷送入太空,無論燃料本身,還是燃燒生成的水蒸氣,都是完全綠色無污染的。
火箭發射的聖地:文昌航天發射場。
海南文昌發射場位於海南省文昌市龍樓鎮境內,是中國首個濱海發射中心,也是世界上為數不多的低緯度發射場之一。 該發射中心可以發射長征5號系列火箭和長征7號運載火箭,主要承擔地球同步軌道衛星、大質量極軌衛星、大噸位空間站和深空探測衛星等航天器的發射任務。
文昌航天發射中心作為低緯度濱海發射場,能夠借助接近赤道的較大線速度,使火箭燃料消耗減少,據悉,同型號火箭運載能力可提升10%。除此之外,該發射中心還有利於通過海運解決大型火箭的運輸難題並提高殘骸墜落的安全性。
喜歡航天的朋友有眼福了,除了本次長征七號的發射,在未來兩年時間里,建設太空站的火箭還將進行10次發射。執行這些任務的分別是發射空間站各艙室的長征5號B火箭、發射貨運飛船的長征7號火箭和發射載人飛船的長征2F火箭。
其中,長征5號B和長征7號在文昌發射中心發射,神舟載人飛船在酒泉衛星發射中心發射,不容錯過。