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揭秘:长征二号F火箭的航天员“生命之塔”

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文汇报 2021-06-17 12:05
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6月17日,长征二号F遥12运载火箭将神舟十二号载人飞船上的3位航天员成功送往中国空间站天和核心舱。这是我国组织实施的第7次载人飞行,也是长二F火箭第14次发射,作为为航天员生命护航的中华神箭,长二F火箭发发成功的秘密是什么?今天,记者就此采访了中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院的火箭专家。

“两位医生”保驾护航

“‘载人航天,人命关天’,因此只能成功、不能失败。”长2F火箭总指挥荆木春介绍说,“因此我们必须永远把安全放在第一位。在中国载人航天的历史上,长2F系列运载火箭执行了从神舟一号至今的所有载人飞船和目标飞行器的发射任务,发射成功率达到100%,被誉为‘中华神箭’。”

长2F火箭能够担此重任,得益于火箭上的“两位医生”——逃逸救生系统和故障检测系统的保驾护航。如果说逃逸救生系统负责做手术,那么故障检测系统就是给手术提供保障。

作为专门为航天员逃逸而研制的系统,这“两位医生”各有用途:故障检测处理系统有两个主要任务,一是检测火箭的重要参数,判断火箭故障,出现故障时向有关系统发出逃逸指令和终止飞行指令;二是逃逸时完成逃逸飞行器的时序控制和火工品配电。

“逃逸系统的任务是当运载火箭抛整流罩前发生重大危险,威胁到航天员的生命安全时,负责使航天员脱离危险区,并为航天员的返回着陆提供必要的条件。”该院试验队员钱航介绍。

在“两位医生”的相互配合下,全箭可靠性指标0.98,安全性指标0.997,经过不断的技术改进,本次执行载人飞行的长二F 火箭航天员安全性评估结果为0.99996。

这表明,执行本次任务的长征二号F运载火箭在可靠性、安全性方面进一步提高。其中,对控制逃逸发动机点火状态的更改,进一步提升了航天员的安全性。

但愿此功能永不启用

逃逸系统发挥作用,离不开它的逃逸塔装置。“逃逸塔是火箭中最特殊、最特别的地方。” 长2F火箭原总指挥刘宇强调。“它是载人火箭的标志。只有有逃逸塔的火箭才能执行载人航天任务。”

所谓逃逸塔,就是位于火箭顶部的一个像巨大避雷针似的装置,“它主要是用来在火箭起飞前15分钟到起飞后120秒保障航天员安全。” 该院试验队员秦曈告诉记者。火箭一旦出现问题,逃逸塔上的发动机就会立刻启动,让飞船的轨道舱和返回舱与火箭分离,并降落在安全地带,第一时间帮助飞船上的航天员脱离险境。

其实,逃逸塔是一个无控飞行器,“它根据逃逸飞行器气动特性设计,为了保证飞行器在整个逃逸飞行过程中保持稳定姿态,在逃逸飞行器底部四周需要设置4块稳定栅格翼。”钱航说。一旦逃逸,在保证栅格翼展开时间要求的同时,还要尽可能减少对整流罩的冲击。

即便拥有多项技术加持,这座航天员的“生命塔”也不会轻易启用。“我们按照最高的标准、最严的质量来研制逃逸火箭,它凝结着几代航天人的心血,但是永远不要让这个功能启用是每个航天人的心愿,这就意味着我们的火箭能够永葆成功。”据刘宇介绍,当出现故障时,火箭控制系统具备执行中止飞行指令关闭发动机的能力,并且产生巨大的推力将载有航天员的飞船带到千里之外。

“身轻如燕”的大力士

时隔五年,托举神舟飞船的大力士再次出征。长2F火箭有58.3米高,相当于20层楼,起飞推力约600吨。火箭全身上下90%的重量来自于它携带的燃料。为了多装燃料,带足够重的航天器,火箭自己就要足够轻。火箭身上有的外壳厚度只有1.5个毫米,相当于玻璃杯的厚度。

身轻如燕,却力大无穷,这是长2F火箭作为载人航天器的独特设计。在此发火箭研制过程中,为提高产品可靠性,研制人员实施了72项技术状态更改。

其中,逃逸系统共配备了5种类型、12台发动机。逃逸塔主要为飞行120秒前的逃逸提供动力。高空逃逸发动机、高空分离发动机安装在飞船整流罩上,完成从逃逸塔分离后到抛罩期间的应急逃逸任务。

在实际的飞行过程中,返回舱和逃逸飞行器可能存在两种分离模式,即有逃逸塔分离和无逃逸塔分离。飞行120秒之前,有逃逸塔分离的动力来源于逃逸塔上的分离发动机;飞行120秒之后,逃逸塔分离,火箭在无逃逸塔状态下的分离的动力来源于整流罩上的高空分离发动机。

这就意味着,考虑到发射人员及地面设施的安全性,火箭飞行60秒前逃逸时,运载火箭的发动机不关机;火箭飞行60秒后逃逸时,将终止故障火箭继续飞行。同时,在箭体的二级部分设置了反推火箭装置,可以确保分离后火箭不会撞击飞船。

按照我国航天事业发展规划,本次发射的长2F火箭是第三步空间站工程关键技术验证和建造阶段的首次载人飞行任务,意义重大。“保证航天员的生命安全,是我们每一位载人运载火箭工作者的使命所在。” 长2F火箭总设计师容易坦言。

作者:本报记者郑蔚 通讯员董佳莹

图片:高楠

编辑:付鑫鑫

责任编辑:范兵

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