书城科普读物你一定想知道,航空航天卷
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第9章 运载火箭(3)

倒计时数到1,一切准备就绪后,火箭一级发动机及4个助推器同时点失,火箭升空;100秒之后,火箭达到70千米,第一级火箭的燃料燃尽,火箭一级二级分离;在第二级火箭加速飞行的时候火箭冲出大气层;之后,火箭依靠惯性和地球引力继续飞行,第三级火箭点火加速飞行,将飞船送入轨道,火箭的任务结束。

火箭升空前

用运载火箭发射航天器,火箭起飞以后,出现任何故障,部不可能像汽车、火车、轮船那样停下来修理,也不可能像飞机那样有可能返回地面修理。因此,火箭发射是一件十分复杂和细致的工作,必须做好充分的准备。

火箭发射前应做的准备

发射准备分为两个阶段。先是在测试区进行技术测试,就是对经过水陆、空运的或贮存的火箭组件,察看外表有没有机械损伤或松动等情况:然后把一些没有装配上去的仪器设备装上去,接着一部分一部分地进行全面仔细严格的检查测试,考核各种仪器设备的性能,如有问题,找出原因,及时排除或调换;最后把整枚火箭装配起来,在水平状态进行性能检查和试验。

技术测试完全通过后,将火箭(全箭或分段)从停放支架车上转移到公路运输车上,运往发射区。运送过程中要特别注意安全,车速不能高,转弯半径不能太小,必须实行交通管制,避免任何交通事故,如果是较长距离的运输,还要不时地停车检查。

火箭运到发射区后,还要进行发射测试。先用塔式起重机和火箭翻转吊具,将火箭或整箭竖立,或逐级垂直在对接发射台上。发射台上面是脐带塔和勤务塔,它们把火箭抱在中间。脐带塔使火箭上的电、气、液设备通过管线与地面有关设备相连。勤务塔则是工作人员对火箭进行测试的地方。首先利用发射台和瞄准设备,对火箭的方位和垂直度进行粗瞄准。然后接通电源气源和液体输送管路。接着对各种仪器设备进行测试检查,如果一切符合要求,则断开电源。这时液体火箭开始向各级推进剂箱加注推进剂,并给推进剂贮箱的增压设备等充气。最后对火箭的方位和垂直度进行精细的瞄准。一切符合要求后撤离环抱火箭的塔架。然后进行临射检查、高温、高速或有毒的火箭喷焰,通过深深的导流槽引开,并用大量水流冲洗。

到此为止,在任何一步检查测试中发现问题,都必须中止发射准备工作。在临射检查中,确定各分系统和全箭无任何问题后,发射控制室向各外测和遥测站下达时间统一指令,最后由指挥员下达发射点火指令。

被发射的航天器的发射准备工作,与运载火箭的发射准备同步。两者联接起来后也要进行严格的检查测试。

虽然经过了上述严格的检查测试但在火箭起飞后,仍难免发生故障。为了不使火箭和航天器坠地,造成重大的生命财产损失,或不致造成技术机密的泄漏,火箭航天器必须通过自身的安全自毁设备,自动地或由地面控制人员下达指令炸毁。

一般的运载火箭按什么程序飞行?

运载火箭不管发射什么样的航天器都是垂直竖立在发射台上,从火箭发动机点火到航天器与火箭分离、航天器入轨,一般都要经过以下工作程序:点火起飞;垂直飞行;开始程序转弯;按导弹程序飞行;逃逸塔分离;助推器分离;一、二组分离;第二级继续按程序飞行;整流罩分离;二级助发动机关机;在游动发动机推动下继续飞行,达到关机特征量(航天器入轨所需要的条件)后,二级游动发动机关机;飞船与火箭分离;飞船入轨。

火箭的级间分离技术

所谓级间分离技术是将联结成一个整体的多级火箭按预定程序进行分离的技术。想弄清多级火箭的分离,就需要先了解多级火箭的联结。

目前,世界各国的运载火箭多数为二级或三级,少数为四级。原因是目前单级火箭的最大速度超不过每秒7千米这无法将航天器送人地球轨道。因而只能采用多级火箭,如同接力赛跑,逐级加速,才能把航天器送人地球轨道。

多级火箭的联结有串联、并联、混合三种形式、如果火箭的各级是首尾相联,那就是串联式联结,各级箭身挨着芯体周围联结,则为并联联结;而混合联结就是串、并联兼有。

多级火箭的每一级,实际上都是能够独立工作的单级火箭。它们有各自的发动机(一台或数台)、控制系统的部分仪器(可分离掉的)、推进剂系统、控制稳定飞行的执行机构等。在火箭的最下面一级称为第一级,依次向上,分别为第二级和第三级。由于这些级好像整个火箭中的“孩子”,所以,也称相应的级为“第一子级”,“第二子级”……

为了联结和分离的方便,有些火箭还有级间段。各级的联结般采用爆炸螺栓、爆炸索、定位销等联结件。火箭飞行过程中,各级按程序指令启动,关闭发动机,然后依次把它们抛掉,从而降低用于继续加速所需的能量消耗。

多级火箭的分离既不能过早,也不能过晚,更不允许该分离而不分离。这就要求它的分离要及时、准确、可靠安全。火箭的分离常有热分离和冷分离两种办法。

热分离的基本程序是:启动第二级发动机,关闭第一级发动机,起爆炸断联结件。显然,这种分离主要靠第二级火箭发动机的燃气流使第一级断开结合部之后减速,同时又使第二级在启动之前受到轴向过载作用而保证启动的可靠性,因而十分简便。不过,在分离时第二级要受到较大的扰动,并且消耗的推进剂也会有所增加。

冷分离又称减速分离。它的分离指令程序一般是:级间联结件爆破断开启动第一级的制动火箭或其它制动装置,之后再启动第二级的火箭发动机。在这种情况下,级间分离机构的组件少,也较轻,工作过程不会受到很大的轴向、侧向、振动等作用力的影响,分离平稳。但是这种分离方式对于控制系统的精度要求很高。

当级间的联结件解锁时,第二级发动机点火产生加速,第一级受制动力作用而减速。于是,在这两级之间就形成了个“安全距离”。

第一级的制动力,可以用安装制动火箭或反射喷管等装置来产生,它们适时投入工作后,可避免第一级受发动机后效推力作用追上第二级所引起的碰撞,保证分离之后第二级飞行的稳定性。

中国的火箭

目前各种型号的中国火箭有:长征一号,是我国第一枚三级运载火箭:长征二号,属于两级液体运载火箭;长征二号E即长征二号捆绑火箭,是中国第一枚推力捆绑式(也叫集柬式)运载火箭;长征三号,是以“长征二号丙”为原型加氢氧第三级组成的三级运载火箭;“长征三号甲”是为发射新一代通信广播卫星而研制的新型运载火箭;长征三号乙,是我国自行研制、目前运载能力最大的新型捆绑式运载火箭;风暴一号,属于两级运载火箭:长征四号是一种多用途三级常温推进剂运载火箭。

火箭遥测系统

神舟六号载人航天工程顺利实施,从电视画面中,我们看到火箭与飞船在地面控制中心的指令下准确地完成了各种规定动作,从火箭点火升空直到航天员顺利返回。这些控制指令的下达与箭船执行情况的判定,都少小了被称为航天遥测遥控技术及设备获得的各种数据、参数来提供保障。

中国航天时代电子公司旗下的704所,作为我国遥测技术的中心研究所为航天员飞天的交通工具一火箭和飞船梳理着敏感的“神经”。

应急记录器就是俗称的黑匣子。它能抗大冲击,耐上千摄氏度的高温,还不怕海水浸泡,这也是我国自主研制成功的第一个航天用黑匣子。此外,神舟六号飞船遥测系统中的图像系统,是我国火箭发射史上第一次将图像测量系统安装于火箭上的新技术。它是神舟五号飞船之后的又一次重大技术状态的变更。其在我国自主研发后第一次使用通过图像显示可获取火箭在飞行过程中更多的信息,进一步提高了载人航天飞行试验的可靠性。