天舟一号货运飞船将于4月20号至24号择机发射,按计划,长征七号火箭此次执行天舟一号货运飞船的发射任务,也是长征七号火箭去年首飞之后,首次执行空间实验室任务。作为我国新一代中型运载火箭,长征七号所采用的全新结构设计和动力系统能够大幅度的提高我国进入空间能力。那么,长征七号究竟新在哪里呢?
长征七号火箭被誉为是中国航天进入太空的新动力。这款新型火箭总高度超过53米,起飞重量近600吨,从外观上看,长征七号和目前中国航天已有的火箭体型差别不大,还是3.35米直径的身材,但是它的运载能力却比我国其他型号的中型火箭得到了大幅提高。
航天科技集团一院长征七号运载火箭总指挥 王小军:我们现在新一代的运载火箭与以往的这么规模的运载火箭,运载能力没有超过10吨,而我们现在的运载火箭运载能力能够达到13.5吨,甚至是14吨,是有新的技术。
以液氧和煤油作为燃料的大推力发动机,能够在点火后为长征七号提供高达720吨的起飞推力,不仅推力更大,而且燃烧产生的主要是二氧化碳和水,清洁环保。除了更大的推力,安全可靠对于运载火箭来说更是一项重要指标。
航天科技集团一院长征七号运载火箭总指挥 王小军:我们现役的载人火箭设计的可靠性是0.97,但是我们新一代的运载火箭设计之初,我们可靠性设计到0.98,跟以前的运载火箭提高了一个百分点。
运载能力强,安全指数高,使长征七号能够承担发射我国目前体积最大、重量最重的航天器——天舟货运飞船的任务,这也是它首次执行空间实验室任务,为此,长征七号专门进行了适应性改进。
航天科技集团一院长征七号运载火箭总指挥 王小军:我们这次发射的是飞船,它的重量和结构和和火箭的接口都是不同的,针对这发任务,我们也对设计、分析、仿真重新做了工作,以便能适应发射。
长征七号运载火箭是中国航天在成熟技术基础上的继承发扬,根据设计,它将承担未来中国航天多种类型的发射任务,承担更多的使命。
长征七号能够说是为我国货运飞船量身定做的一款火箭,但是凭借它在同类型火箭中最强大的运载能力及模块化、型谱化的设计方式,长征七号有多种改型。比如,捆绑在火箭主体四周的这四个小火箭叫做助推器,改变它们的数量,就能赋予长征七号不同的能力。
航天科技集团一院长征七号运载火箭总指挥 王小军:我们现在是四个助推器,我们大家可以取消两个助推,运载能力就降低到50%到60%,就是7吨左右的运载能力,未来长七还会研制液氢液氧的上半级,它就可以把卫星送到地球同步转移轨道,就是我们的通讯卫星的发射。
王小军介绍,目前无论是国内还是国外,航天发射中,中型运载火箭的需求都在日益增大,未来百分之七十的卫星、飞船等空间发射任务都将由中型运载火箭承担。长征七号火箭虽不是中国运载火箭新家族中个头最大的,但却是任务最为繁重的。
航天科技集团一院长征七号运载火箭总指挥 王小军:通过这一种助推器的组合和上半级的组合,我们长七运载火箭未来就会有比较丰富的运载能力,可以把各种各样的卫星送到不同的轨道,来实现它系列化的一个发展。
长征七号通过发射货运飞船,与发射载人飞船的长二F火箭通过互补大幅度的提升了我国载人航天在轨驻留试验能力,未来还可应用于载人发射,大幅度提高载人飞行的能力。作为新一代中型运载火箭,长征七号与长征五号、长征六号火箭形成了中、大、小系列化、梯度合理、型谱较为完善的我国新一代运载火箭体系。
由于天舟一号飞船发射之后将与天宫二号空间实验室交会对接,所以最终选择发射时间极有讲究。专业的人介绍,此次发射天舟一号飞船,是“零窗口”发射,所以难度非常高,面临着极大挑战。那么,什么是“零窗口”发射呢?
发射窗口是指运载火箭携带着航天器发射升空较为贴切的一个时间范围,有的以小时计算,有的以天计算,在此期间火箭都可以发射。由于此次发射天舟一号飞船要和天宫二号空间实验室实现交会对接,对发度要求很高,因此,发射窗口不是一个时间范围,而是一个确定的时间点,一秒都不能差,这就是航天人所说的“零窗口”,这对于火箭和发射场系统的可靠性提出了很高的要求。
航天科技集团一院长征七号运载火箭总指挥 王小军:因为零窗口发射,因为火箭组成是一个很复杂的系统,由大量的系统组成。另外,在射前的操作、流程也是很复杂。在这个工作过程中间任何一个环节出了问题,我们就在保证零窗口发射中都会存在一定的困难。
除了火箭本身的原因外,海南多雨的天气也成为影响火箭准点起程的主要的因素。设计人员在研制长征七号之初,就为它增加了“防雨防水”这项本领,使它成为中国第一款能在中雨条件下发射的运载火箭,保证了在恶劣天气下也能实现零窗口发射的能力。
除了海南文昌发射中心,中国目前投入到正常的使用中的发射场基本都处于我国中、西部地区,干燥少雨。而由于长征七号火箭是在海南文昌发射,这里潮湿多雨的气候和火箭里面的低温燃料,使得“防水”的需求首次出现在中国运载火箭的研制中。那么,如何去做才可以让火箭不怕水呢?来看看设计师们是怎样解决这一个难题的。
长征七号的燃料中,包括了零下183℃的液氧,在箭体中注入这种低温燃料后,火箭就会内冷外热,碰上海南的潮湿空气,火箭箭体上就会凝结大量的水,就像人出汗一样。
本台记者 吴杰:除了潮湿的空气,海南还有多变的气候,别看现在是烈日当头,大家看,我远处这些快速移动的云随时有可能降临发射场带来一场降雨。湿气和雨水的双重考验,对火箭的防水提出了很高的要求。
航天科技集团一院长七火箭型号总体副主任设计师 刘立东:我们防水的主要方法其实很简单,两种,一种是疏导,我们可能疏导冷凝水也好,雨水也好,我们可能这种方法更有效,但有些地方我们可能采用封堵,比如箭体结构上的一些铆接的缝隙,或者我们对接的一些缝隙。
由于火箭中使用了大量的电子元器件,一旦被水浸透,就也许会出现短路损毁,所以必须从内到外,设置多道防水屏障
本台记者 吴杰:为了应对海南潮湿多雨的气候,长征七号上还采用了很多独特的设计,比如我身边这个是火箭的整流罩,上面有一个空调通风口,通风口的边上有这样一个凸起的结构,这就等于给通风口搭了一个雨棚,遇到下雨的时候,雨水就不会从这里进到火箭内部了。
除此之外,包括对细小部件本身的防水处理、甚至火箭内部潮湿空气的干燥措施等等,长征七号对“水”的防护可以说武装到了螺栓,甚至连看似无懈可击的接缝,也都有专门的保护手段,这也使得长征七号,成为中国第一款可以在中雨条件下正常发射的火箭。
航天科技集团一院长七火箭型号总体副主任设计师 刘立东:这个防水胶既能耐高温,也有非常好的弹性变形,还有非常好的操作工艺性,还有我们这个保存期啊等等方面,相当于我们火箭的特色吧,是我们专对于防水措施提供的措施。
目前,国际上使用的货运飞船有很多种,比如俄罗斯“进步”货运飞船、欧洲“自动转移”飞行器、美国“龙”飞船,以及日本的HTV货运飞船等,都能为国际空间站提供货物运输,通过一个短片来了解一下世界各国的货运飞船。
俄罗斯进步号货运飞船是俄罗斯航天部门设计的系列无人驾驶飞船,由仪器舱和货舱组成,货舱容积6.6立方米,可运送2.6吨各类货物。燃料舱带1吨燃料,可自行飞行4天,最新型“进步MS”系列飞船具有额外的防护太空垃圾和微陨石的能力。
欧洲的货运飞船叫自动转移飞行器,全长10米,最大直径为4.5米,重量约10吨。它的运货能力可达7吨 。从2008年到2014年自动转移飞行器共发射了5个,今后将不再发射。欧洲航天局正在研制可以运送货物返回地球的“先进再入飞行器”货运飞船,预计在2017年或2018年首飞。
美国太空探索技术公司研制的“龙”飞船是所有货运飞船中唯一可以运回物品的,因为该飞船带有热防护罩,可在返回时耐受极高温安全降落,而其他飞船不具有热防护罩,只能在再入大气时烧毁。“龙”飞船长5.9米,最大直径3.6米,自重只有4.2吨。其运送载荷最大质量6吨,返回载荷最大质量3吨,它采用的是降落伞水上溅落的回收方式。
日本HTV货运飞船均命名为“鹳”,“鹳”在日本传说中是送子与带来幸福之鸟。HTV货运飞船目前已发射6艘,最大直径为4.4米,全长约10米,可运送5.7吨的货物与燃料。