長二丙運載火箭研制團隊：火箭殘骸實現(xiàn)“指哪兒落哪兒”
文章來源：中國航天科技集團有限公司 發(fā)布時間：2019-08-05
7月26日11時57分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用安裝有柵格舵的長征二號丙運載火箭，成功將遙感三十號05組的3顆衛(wèi)星送入預定軌道。
當天13時40分，該火箭的一子級殘骸在貴州黔南布依族苗族自治州被順利找到。殘骸落點處在預設落區(qū)范圍內(nèi)，標志著我國運載火箭首次“柵格舵分離體落區(qū)安全控制技術”試驗取得成功。我國成為繼美國之后世界上第二個掌握此項技術的國家，向運載火箭可重復使用邁出了堅實一步。
徐勤：殘骸可控降落意義重大
近年來，隨著我國探測太空步伐的加快和對衛(wèi)星應用需求的增加，運載火箭已經(jīng)進入高強密度發(fā)射階段。2018年，我國運載火箭發(fā)射次數(shù)達到39次，位居世界第一。
然而，運載火箭發(fā)射后殘骸落區(qū)的安全問題受到越來越多的關注。雖然科研人員在設計火箭飛行彈道時，會盡量避開人口密集的城鎮(zhèn)和村莊，但由于包括助推器、子級和整流罩在內(nèi)的火箭殘骸在完成任務后無控自由墜落，其落點散布范圍達數(shù)千平方公里。
為保障殘骸落區(qū)范圍內(nèi)的人員和財產(chǎn)安全，每次火箭發(fā)射前夕，當?shù)卣块T都要將人員疏散到安全地帶，不僅給當?shù)匕傩諑聿槐悖苍黾恿嘶鸺l(fā)射的經(jīng)濟成本和工作難度。
長二丙火箭副總設計師徐勤介紹：“此次長二丙火箭一子級安裝可控柵格舵，積極履行社會責任、發(fā)展綠色航天，減少火箭殘骸落區(qū)給當?shù)匕傩諑淼牟槐悖瑢鉀Q我國運載火箭殘骸落區(qū)的安全性問題具有重大意義。柵格舵的成功運用，也為我國運載火箭助推器和子級的可控回收技術、突破軟著陸技術和重復使用技術打下了堅實基礎。”
彭越：此次試驗可打雙“100分”
截至目前，長征系列運載火箭已經(jīng)成功發(fā)射了300多次，但殘骸再入一直處于無控狀態(tài)，落區(qū)范圍比較大。此次長二丙火箭采用柵格舵控制殘骸降落試驗，是我國進行的首次嘗試。
長二丙火箭柵格舵電氣系統(tǒng)負責人彭越表示，此次柵格舵的使用可打兩個100分。第一個100分是加裝柵格舵后，火箭在飛行過程中一切正常，沒有受到任何影響。第二個100分是火箭一子級殘骸在再入過程中，柵格舵很好地完成了解鎖-展開-鎖定-按控制指令轉(zhuǎn)動等一整套動作，最終降落在離理論落點很近的地方，精度超出了預期目標。
“基于柵格舵系統(tǒng)的落區(qū)控制技術是航天科技集團一院掌握的一項核心技術，再經(jīng)過更多的試驗積累后，今后火箭殘骸的落區(qū)劃定范圍就可以從現(xiàn)在的幾十公里乘幾十公里，縮小至少80%，減小人員疏散范圍。”彭越說。
為了研制火箭柵格舵，長二丙火箭研制團隊基本上沒有周末和節(jié)假日，只用了不到一年的時間就按期交付總裝，并順利安裝在火箭上發(fā)射升空。
彭越介紹，我國之前在長二F運載火箭整流罩上使用的柵格翼展開后是固定不動的，而本次長二丙火箭采用的柵格舵可以通過擺動來控制一子級的飛行姿態(tài)和方向。這是我國此前從未實施過的，難度較大。接受這個任務的是一支平均年齡只有30多歲的年輕研制團隊。
鼓勵創(chuàng)新、崇尚技術的氛圍，使這群年輕人敢于第一個“吃螃蟹”。他們突破原有專業(yè)間的藩籬，組成項目攻關小組，秉承“首戰(zhàn)用我，用我必勝”的精神，闖出一條新路，研制出可折展傳動柵格舵系統(tǒng)和一體化高性能的電氣系統(tǒng)。
彭越說，電氣系統(tǒng)是控制柵格舵動作的“大腦”。箭體結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)研制團隊專門研制了可以承受再入段高熱流的防熱涂料并運用在火箭級間段，保證了柵格舵內(nèi)系統(tǒng)的正常運行。
不僅如此，控制火箭姿態(tài)的控制力來自于柵格舵上產(chǎn)生的空氣動力，一套可折展能傳動的柵格舵機構(gòu)系統(tǒng)同樣是一子級精確落區(qū)控制的關鍵。
長二丙火箭柵格舵機構(gòu)系統(tǒng)負責人王辰介紹，除舵本體外，柵格舵機構(gòu)系統(tǒng)還包括展開鎖定機構(gòu)、傳動機構(gòu)等組件，這些機構(gòu)和組件均需通過精確的機械尺寸配合才能實現(xiàn)其功能。
研制團隊在柵格舵機構(gòu)系統(tǒng)研制中，與一院211廠、18所等設計生產(chǎn)部門緊密配合，連續(xù)奮戰(zhàn)近半年時間，終于在飛行前一個月生產(chǎn)出了合格的飛行產(chǎn)品。緊接著團隊成員又與702所等試驗部門大力協(xié)同，在一個月內(nèi)順利完成了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)靜力、展開鎖定、傳動特性等所有地面試驗，最終為火箭一子級插上了智慧靈活的“翅膀”。
徐勤：此次試驗為火箭可重復使用打下堅實基礎
徐勤表示，采用蜂窩狀的柵格舵實現(xiàn)可控回收和落區(qū)可控，是國際上常用的方法。這種形狀的柵格舵效率更高，通過氣流流經(jīng)網(wǎng)格實現(xiàn)特殊的氣動特性，使火箭姿態(tài)保持穩(wěn)定。
“柵格舵在我國運載火箭上是首次使用，沒有相關技術可以借鑒。研制團隊進行了多次論證，如果太小就起不到穩(wěn)定作用，如果太大就可能無法展開，最后團隊通過大量的風洞試驗才確定了柵格舵的大小。”徐勤說。
運載火箭可重復使用、降低發(fā)射成本，已經(jīng)成為世界各航天大國研究的重要方向之一。我國著名火箭專家、長三甲系列運載火箭首任總指揮兼總設計師龍樂豪曾表示，發(fā)展可重復使用航天運輸系統(tǒng)，能夠支撐未來大規(guī)模開發(fā)和利用空間，形成廉價的天地往返運輸工具，推動空間應用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
徐勤表示，長二丙火箭一子級殘骸落區(qū)安全控制技術的成功試驗，是我國火箭邁向可重復使用的第一步。這種技術成熟后，完全可以運用在其他型號火箭的助推器和一子級上，推動我國從航天大國向航天強國邁進。
【責任編輯：李子紅】
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