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可喜可贺!陕西航天力量再引国际瞩目!!

可喜可贺!陕西航天力量再引国际瞩目!!

陕西 陕西日报 2019-12-30 21:01:12
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12月27日晚20时45分,我国目前运载能力最大的火箭——长征五号遥三运载火箭托举着实践二十号卫星在海南文昌发射中心成功发射。

在此次发射任务中,位于西安的中国航天科技集团有限公司第六研究院(以下简称航天六院 )为长征五号遥三运载火箭研制了30台发动机。
中国航天科技集团有限公司第九研究院771所(以下简称 771所 )为长征五号遥三运载火箭研制了箭载计算机和火箭发射地面计算机,确保火箭成功发射。
中国航天科技集团有限公司第五研究院西安分院(以下简称 西安分院 )在实践二十号卫星上再辟 “太空实验田”
中国航天科技集团有限公司第四研究院(以下简称 航天四院 )为此次火箭发射提供了正推火箭和消氢点火装置。
此次火箭发射的成功,也标志着陕西航天事业迎来了发展新起点。
氢氧发动机涅槃重生 
发展航天,动力先行 
航天六院为长 征五号遥三运载火箭提供了30台四种型号的发动机,分别是8台120吨级液氧煤油发动机、2台50吨级氢氧发动机、2台9吨级膨胀循环发动机、18台作为辅助动力的姿控发动机。
每一台发动机必须做到万无一失、稳妥可靠,才能确保火箭发射成功。8台120吨级液氧煤油发动机,承担着火箭起飞90%的总推力。
长征五号遥三运载火箭顺利升空,再次彰显了我国液体火箭发动机世界一流的技术实力。

在航天六院研制液体火箭发动机和空间推进系统的征程中,创造了一系列引国人自豪、令民族骄傲的航天成就,六院人研制的上百种液体动力产品推动了两弹一星、载人航天、探月工程、北斗导航等为代表的中国重大科技专项的顺利实施,完成了320多次长征系列运载火箭发射,创造了无数个航天液体动力研制的中国第一,世界为之瞩目,国人为之骄傲。
然而,航天液体动力的研制历程中,从来都不是一帆风顺的。
2017年7月2日,长征五号遥二火箭发射失利,把拥有“金牌动力美誉”的液体动力事业推向了风口浪尖。
芯一级大推力氢氧火箭发动机出现的故障,使六院火箭发动机研制队伍承受了异常巨大的压力与考验。
“必须集全院之力,凝聚共识,振奋精神,风雨同舟,奋力拼搏,坚决打赢长五遥三发射的攻坚战!”
六院院长刘志让向全院型号战线发出院长责任令,各单位一把手亲自抓计划,将长征五号各项工作计划明确到研究室、车间、班组,责任落实到人,要明确重要计划节点及奖惩制度并严格落实。
各单位建立调度会机制,帮助一线协调解决实际困难,把时间留给一线人员,确保各项计划按期完成。
要打赢长五遥三发射这场攻坚战,必须要让长五火箭所有的四型动力性能卓越、稳定可靠而出现故障的火箭芯一箭大推力氢氧发动机,更是首当其冲。

氢氧发动机研制团队心里清楚,长五遥三能否成功,事关中国航天的未来,实现长五芯一级氢氧发动机王者归来, 使芯一级氢氧火箭发动机的质量可靠性,让型号总体放心、中国航天放心、全国人民放心。 
而要排除故障,消除隐患,又是何等艰难。这些故障隐患,犹如隐藏在发动机身上的“魔鬼”,更是这场攻坚战中必须要消灭的“敌人”。
为了消灭“敌人”,研制团队这两年多承受的煎熬、困苦、曲折、质疑,前所未有。所经历的磨砺、拼搏、奋斗、攻关,也是研制历史中罕见的。
两年多来,研制团队从疑难困惑中理出头绪,重新再战; 在挫败与曲折中抬起头来,树立信心;从各方关注与支持中集思广益,汲取力量,分析排除故障树上可能存在的隐患,然后一个个逐一歼灭。
据不完全统计,仅2019年二三季度,航天六院北京11所氢氧发动机研制团队累计加班就达到23000小时。终于消灭了负隅顽抗的“敌人”,排除了隐患,消除了故障,向总体交付了合格的发动机产品。
长征五号遥三飞行任务圆满完成,航天六院人欣慰自豪。面对后续火星探测、嫦娥五号、载人空间站核心舱的发射等一系列重大任务,航天六院液氧煤油发动机团队已准备好。
箭载计算机
强大火箭的“大脑”和“心脏”
箭载计算机是火箭控制和精确入轨的关键保证。 771所为此次发射研制的火箭箭载计算机和地面计算机产品共计7种、14台(套)。
箭载计算机采用多处理器并行执行、控制周期同步技术,7个中央处理单元在表决同步脉冲控制下,有条不紊地完成箭体姿态参数录取、飞行轨道计算、飞行轨迹误差修正以及控制指令输出等多项复杂的控制任务。

地面计算机时刻为火箭进行“体检”,对火箭进行发射前的“体检”和发射过程中的检测。 771所研制的地面测试计算机、光纤惯组信号采集处理系统等地面单元测试计算机,用于火箭控制设备实时测试。
形象地说,各种地面计算机就如同医院派出的门诊专家,对火箭的“大脑”和“心脏”等关键部位进行实时监控,实时分析数据并反馈给系统,保证火箭发射后进入轨道飞行前,准确采集火箭姿态等信息,实时计算、处理、传递和执行各种指令,使火箭按照规定轨迹飞行,实现准确入轨。
西安分院在实践二十号卫星
开辟“太空试验田”
此次搭载长征五号遥三运载火箭发射的卫星,是我国最新一代静止轨道通信卫星平台“东方红五号”及其首飞实验星实践二十号卫星。
实践二十号卫星副总设计师周颖说:“实践二十号卫星代表了我国民商用通信卫星发展的新高度。”
在这块航天高科技的“试验田”里,航天科技集团第五研究院西安分院培育了代表我国高通量卫星未来发展方向的Q/V载荷,“种植”了能够实现星间、星地更大容量卫星通信的“激光终端”,还栽培了能够实现通信资源灵活分配的“宽带柔性转发器”。

高通量通信卫星是我国通信卫星未来发展的重要方向。 我国已经发射的首个高通量卫星实践13号卫星,可以使地面用户能享受到卫星宽带互联网服务。
周颖介绍,“实践二十号卫星上搭载的Q/V载荷是未来高通量通信卫星和超高通量通信卫星关口站主要使用的载荷,代表着未来高通量卫星发展的主要方向,也是国际航天在高通量卫星研制上的重要方向。”
什么是超高通量卫星?
以高速公路为例,如果将现有的传统通信卫星比作是普通公路的话,高通量卫星就是高速公路,那么能够实现通信容量在1Tbps以上的超高通量卫星则是现有高速公路通行能力50倍以上的高速公路。
使用Q/V载荷的高通量卫星以及超高通量卫星将可以大大地提高在偏远地方实现宽带互联网的能力,并且更为高效、成本更低。
如果说Q/V载荷是实现卫星高通量通信的“新星”,那么西安分院研制的激光终端则可以称为“大牛”。该终端将作为激光通信的主体,通过激光传输实现星地和星间通信。激光通信是未来地面超大容量关口站实现的主要途径,也是未来建设天基信息网络中星间通信的主力。
相比传统的微波传输,光宽带在传输过程中几乎不受带宽的限制,就可以实现大容量的卫星通信和数据传输,并且具备速率高、保密性强等优势。作为卫星通信和卫星数据传输领域的“网红级”产品,激光终端现在是备受青睐,一些国家重大工程项目都瞄准了激光终端的应用潜力和应用价值,纷纷抛出了橄榄枝。
未来,随着激光终端研制技术的成熟,小型化和批量化研制将成为其主流。
由五院西安分院为实践二十号卫星所研制的宽带柔性转发器在国际上也属难度较大的载荷产品,代表着一个国家星载数字透明处理的最高水平。卫星通过宽带柔性转发可以将频率资源进行详细划分,并且通过在轨网络管理实现多用户的灵活使用,提升星上通信资源的使用效率。

在轨使用时,宽带柔性转发器通过在轨网络管理自动分配链路,在用户使用结束之后,将链路分配给其他需要使用的用户。
就好比地面手机通信基站信号通路的灵活分配一样,如果有1万个用户,由于手机用户不可能同时在线使用,那么有1千条线路就基本可以满足所有用户的使用。而传统的卫星转发方式,只能实现固定用户固定通道的信号传输。
航天科技四院两大“法宝”护航 
在这次成功发射的背后,位于西安的中国航天科技集团有限公司第四研究院有两件神秘的“法宝”,虽然个头小不起眼,但全力护航功不可没。他们便 是正推火箭和消氢点火装置。
正推火箭是火箭飞行过程中为实现芯一级、芯二级可靠分离而研制的分离发动机,为级间分离提供动力的装置。
火箭芯一级工作结束后,正推火箭接到分离指令,开始点火工作,此时,发动机产生推力实现芯二级液体推进剂沉底,确保火箭按照预定程序完成任务。
由航天科技四院41所研制的正推火箭兼具固体发动机和火工品的双重特性,其工作时间长,可靠性要求高,环境条件极其苛刻,是目前运载火箭箭体使用的最大火工品。
发动机固体动力推进剂,采用新型配方材料,具备低燃速、低残渣的特点,能够确保发动机产生强大推力的同时,不对火箭芯二级箭体产生损伤,而且比同类发动机更加绿色环保。
为确保遥三火箭质量,航天科技四院开展大量质量复查工作,对4台正推火箭进行产品检查确认及零部件更换工作,并完成全级次供应商统计梳理。为确保“正推火箭”稳定、可靠工作,固体动力源添加了新型功能助剂,并通过大量的配方优化试验,不断提高推进剂的稳定性和燃速控制精度,进而提升发动机工作的同步性和一致性。
“长征五号”运载火箭采用氢氧发动机,在点火前会向发射平台周围环境排放大量低温氢气。
当氢气与空气混合浓度达到一定范围时,遇到静电或明火就会产生爆炸或爆轰,不仅损坏发射场的设备和设施,甚至会导致星箭俱毁的严重后果。

为消除火箭发射前的大量低温氢气,彻底排除发射前的安全隐患, 航天科技四院42所专门研制消氢点火装置 
该装置安装在发射平台上,能在火箭氢氧发动机工作前的2~3秒内,点燃火箭发射的“第一把火”,利用喷射的高温、高速燃气金属粒子流,将发射前排出的大量氢气在其未达到可爆炸最低浓度前先行消除,以保证运载火箭发射的安全性。
该装置采用了高安全性的药剂材料,应用了先进的控制技术,确保能够“准确、准时”点火,待消除氢气后又能及时“熄火”。 该装置实施双层保护设计,不仅能承受火箭发射时产生的高热流冲击,而且具有防爆功能,能避免装置万一失效可能引起的安全事故。
记者  沈谦

[编辑:靳国英]