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T时刻之前,长征五号火箭都在干什么?

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太空精酿 2021-01-16 16:16

任何一个航天任务,最为人关注的高光时刻莫过于发射前最后10秒倒数计时的扣人心弦。随着轰隆隆巨响,火箭腾空而起,整个发射场和各种直播平台的氛围也达到欢呼和“刷屏”的最高潮。本文以长征五号为例,讲一讲为什么需要倒数,以及在此之前火箭都在干什么?

倒计时的最后一刻,就是我们常说的“T时刻”,发射前为T-(T minus),发射后为T+(T plus),这个传统自世界航天伊始便在采用。即便现在的火箭发射是一个高度自动化的过程,各个流程都已经提前装载到各类控制程序中,但世界范围内的航天人依然在坚持这一习惯,对着自动化的计时程序大声念出这10个数字。由于习惯和火箭发射技术流程的不同,我国的T时刻一般为火箭点火瞬间,与起飞时间有数秒的差距。

因为,一次航天任务不仅是发射场、火箭、航天器载荷的结合这么简单,还需要涉及到众多单位和参试人员。T时刻也不仅仅是最后10秒钟,它更大的意义在于通过不断通报最终节点,让人参与的这些环节能够同步起来。那么T时刻之前,以长征五号火箭为例,它们都要经历什么呢?

T-数月:火箭出厂前总装测试

一次航天任务成本极高,需要提前数年规划,期间运载火箭和要发射的航天器需要经历生产制造测试等复杂流程。例如,火箭发动机在制造完毕后,需要在研发基地进行短期试车,确保实际发射时性能符合预期。航天器也需要在参研单位,通过反复模拟太空中工作环境,检验工作性能。

长征五号是我国新型号重型运载火箭,目前已经进行了6次发射任务(其中包括长征五号B的1次发射),这也是不断测试、总结经验和进一步技术改进的过程。每一次发射,都相较上一次做出了不少技术改进。例如遥三火箭发射前,总师李东就介绍这一枚火箭有超过200项技术改进,可靠性和工作性能有较大突破。当然,这也意味着大量繁重的测试工作。

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近日,长征五号B火箭在天津大火箭基地的出厂前“工作照”(图片来源:中国航天科技集团)

因此,在T-数月周期内,火箭发动机生产制造企业、试车基地、天津大运载火箭基地、航天器制造参研单位等已经处在非常繁忙的最后冲刺阶段。这些单位大都不在我国文昌航天发射场,但对于他们而言,航天器和火箭出厂瞬间就是“T时刻”。

T-两个月前:海上运输

长征五号火箭是个不折不扣的“大胖子”:箭体最大直径达到5米,远超此前长征二号、三号和四号系列最大的3.35米。这意味着受限于隧道桥梁尺寸等因素,它无法通过常规陆路运输,因而长征五号必须通过海上运输,在文昌航天发射场发射。文昌更靠近赤道,能为绝大部分自西向东发射的任务赋予更大地球自转速度、提升运力节省推进剂,且文昌三面环海、几乎不存在火箭残骸落区问题。

在各个单位负责的航天器和长征五号火箭部件达到出场状态后,分开运输到总装车间并统一装配到特殊设计的集装箱里,经由一小段公路运输,随后将大型集装箱吊装到航天运输船上,再由后者运输到海南清澜港中转枢纽,最后经由另一段公路运输,顺利抵达发射场总装车间。

航天科技集团的互动微博截图

2021年,中国空间站核心舱即将由长征五号B火箭发射。日前,航天科技集团八院805所研发的太阳翼在总装前的公路运输流程中,为考虑低温运输环境的影响而采用了非常“硬核”的保温方式,航天科技集团也将它与嫦娥五号返回舱“暖宝宝”保暖方式并列,自我调侃 “最高科技的产品,往往采用最朴素的保暖方式”,这种航天科普方式也获得了众多网友的一致好评。

执行吊装转运的远望21号(左)和姊妹舰远望22号(右)(图片来源:央广网,中国军网)

而这个过程中最重要的海上运输环节,就由2013年刚投入使用的火箭运输船远望21和22号完成。由于是完全不同功能的运输船,它们的编号自然不应沿用远望1到7的传统航天测量船编号,而是从20系列重新开编。

T-一周前:最后的总装测试和垂直转运

航天器和运载火箭抵达文昌航天发射场后,会立即开始总装和全流程带电测试,持续两个月左右,这个过程也出现众多“硬核工业风”的装配照片,火遍全网。

长征五号B火箭在发射场的总装测试照片(图片来源:中国航天科技集团)

在封闭的车间里进行过充分的测试之后,最后一周时,火箭和航天器组合体将会首次对外正式亮相,它们将会被运出并通过重型运载工具垂直转运到发射架。此时也基本意味着火箭发射进入最后准备阶段。

2020年11月17日,长征五号和嫦娥五号组合体开始垂直转运,距离它的发射时间为一周

T-10秒前:发射前全系统准备

火箭抵达发射架并固定后,发射架的避雷塔、脐带塔、回转平台和摆杆等系统就会把火箭保护起来。期间,将会对火箭和航天器加电和进行最终全发射流程测试。飞行控制中心、气象部门、发射场指挥部也会紧密联动,研究最理想的火箭发射窗口,即确定最理想的T时刻。确定后把相应轨道对应的程序装载到火箭和航天器中。

与此同时,发射场负责推进剂的分系统开始陆续准备液氧、液氢、煤油等推进剂,陆海天测控系统(地面测控站、远望航天测量船、天链一号)等做好最终准备,各地专家和媒体纷纷抵达海南文昌,文昌当地交通部门、气象部门、安全部门等也会采取相应举措,确保航天发射期间的工作安排顺利进行。

在T时刻前的一天内,整个发射场达到最繁忙的时刻。火箭会陆续注入煤油、液氧、液氢等推进剂和惰性气体等保护性气体,由于蒸发和排压操作火箭附近也会变得“烟雾缭绕”。而指挥大厅内,各个分系统开始最后的检查和时间同步。

长征五号发射天问一号起飞场景,此时已经进入T+时刻(图片来源:Tea-Tia)

最终,T时刻逐渐到来,全场一片寂静,随着“01”指挥员坚定沉稳地念出“10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,点火”的指令,长征五号火箭的10台一级发动机犹如巨龙喷出烈焰,轰鸣声震天动地瞬间击破所有的寂静。等待数秒后,火箭推力超过重力,长征五号腾空而起,带着航天器飞向目标轨道。

综上,T时刻是一个同步火箭和航天器制造生产、总装测试、海路运输、星箭联调、垂直转运、发射保障、陆海天测控等多个环节的时刻。参与的远不止包括航天人,还有气象部门、交通部门、媒体电台、航天爱好者等众多人员。

T时刻,是调动所有人神经的那根弦。

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