更高的可靠性和安全性:“神箭”的“自我提升”-天天熱推薦
2022-11-24 15:56:33 來源:中國載人航天
2022年11月21日
(資料圖片僅供參考)
搭載著神舟十五號載人飛船的
長征二號F遙十五運載火箭
穩穩轉運至發射區
即將執行空間站建造階段的
最后一次載人飛行任務
長征二號F遙十五運載火箭垂直轉運至發射區
作為中國航天史上技術最復雜的“航天員專列”,“神箭”長征二號F(以下簡稱“長二F”)運載火箭的每一次亮相,其可靠性和安全性都會再度提升。長二F運載火箭是在長征二號E運載火箭的基礎上,按照發射載人飛船的要求,以提高可靠性、確保安全性為目標研制的火箭,在長征二號E基礎上增加了逃逸系統和故障檢測處理系統,其可靠性指標從0.91提升至0.97,安全性指標達0.997,完成了普通運載火箭到載人運載火箭的跨越。
“神箭”長征二號F
自中國空間站建造以來,長征二號F運載火箭也迎來了高密度發射任務。為滿足空間站階段新的任務需求,長二F運載火箭不斷通過技術創新和設計改進,其可靠性指標已由原來的0.97提升至0.98,安全性指標提升至0.99996,也就是火箭發射10萬次,才會有4次逃逸失敗的可能。在保障航天員安全方面,做到了比“萬無一失”更好,為空間站階段載人飛行任務的順利實施提供了有力保障。那么,長二F運載火箭的可靠性和安全性是如何提升的?
完善逃逸控制發動機點火時序
低空逃逸,特別是發射臺逃逸,是長二F運載火箭所有逃逸程序中最為復雜的一項。長二F運載火箭聯合飛船系統,針對歷史實測低空風場,對低空逃逸救生的影響進行了分析,發現在少量低空風的作用下,發射臺逃逸時存在返回艙落點距離發射點小于500米的情況,有可能造成返回艙重新落入故障火箭爆炸范圍內,對航天員生命安全造成威脅。
發射臺逃逸控制發動機點火方向示意圖
為了進一步增加逃逸救生的可靠性,保證航天員的安全,針對有風情況下發射臺逃逸,科研人員提出了改變逃逸飛行器控制發動機點火策略,以提高對于低空風場的適應性。根據分析結果,采取更改控制逃逸發動機點火策略、在射前決策控制發動機點火狀態的措施,可提高在低空風的作用下返回艙落點遠離危險區的概率。
全箭FMEA再分析
在優化研制過程中,為了進一步提高火箭對故障的適應性能力,消除薄弱環節,科研人員針對全箭各系統產品,尤其是新研產品重新開展了一輪故障模式及影響分析工作(簡稱“FMEA”),包括設計FMEA、工藝FMEA和軟件FMEA,覆蓋準備階段、發射階段、飛行階段和逃逸階段,查找薄弱環節,確認設計改進和使用補償措施的充分性和有效性;對于繼承前期或僅相對前期適應性更改的產品,對其FMEA進行了復查、確認。
長征二號F遙十五運載火箭
通過針對所有故障模式制定有效措施,如設置強制檢驗點等,進一步降低全箭故障發生的概率,提升火箭可靠性。此次長二F遙十五運載火箭在提高可靠性方面進行了26項技術狀態變化和更改,如耗盡關機變換器,科研人員識別出個別器件存在單點失效模式,因而將相關器件進行了冗余改進。
全箭飛行時序鏈路分析
針對涉及控制系統、火工品、發動機等關鍵產品多,影響飛行成敗的點火、分離等關鍵環節,科研人員開展了設計指標閉合檢查工作。針對點火-起飛、逃逸塔分離、助推器分離、級間分離、整流罩分離、船箭分離共6個正常飛行時序功能,4個逃逸程序和船箭應急分離飛行時序功能,共11個關鍵環節開展指標閉合性檢查。通過對火箭各系統射前地面工作流程和飛行時序的設計正確性,系統間時序動作協調匹配性,控制系統、火工品、發動機等重要產品的設計狀態、實際指標等重要因素進行復查確認,保證全箭飛行動作的穩妥可靠。
優化測試發射流程
在空間站階段,長二F運載火箭面臨新的挑戰。一是發射頻率增加。按照空間站長期有人照料的目標,每年需發射兩艘神舟飛船,半年執行一次飛行任務,將航天員送入空間站,實現乘組輪換。二是新增應急救援需求。為保證航天員在空間站工作期間的安全,當停靠空間站的載人飛船發生不能安全返回的故障時,地面啟動載人飛船應急發射任務。因此,在航天員在空間站工作期間,長二F運載火箭采用了“發射一發,備份一發”的模式,兩發火箭輪流“站崗”。“值班”火箭如接到應急救援命令,可隨時實施應急救援發射,保障航天員生命安全。
長征二號F遙十五運載火箭
基于“滾動備份”的發射模式,科研人員設計了“串行”和“并行”兩種測試發射流程,并在此基礎上,將兩者的優點結合起來,設計了“串并行”測試發射流程。“串并行”模式可比“串行”模式節省7天時間,比“并行”模式僅多4天,不僅可以保證人力資源的高效利用,還可以兼顧整流罩線和逃逸塔線的工作,進一步提高發射場工作效率。
長二F運載火箭從研制至今,已陪伴中國載人航天走過三十年,是名副其實的“金牌老將”。對于載人運載火箭來說,航天員的生命安全是最重要的,為確保更高的可靠性和安全性,“神箭”的“自我提升”必將托舉著中國載人航天事業邁入新的階段!
預祝神舟十五號發射
取得圓滿成功!
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