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全身黑科技 “胖五”打赢翻身仗

12月27日,中国文昌航天发射场。

距离海边约800米的发射平台上,长征五号运载火箭白色箭体上,鲜艳的五星红旗格外醒目。有20层楼高的火箭笔直站在那里,直指苍穹。

240多项关键技术突破、15000余秒关键技术试验、900多个日夜的磨砺、10余万航天人的坚守……被称为“胖五”的中国“最强火箭”长征五号迎来重生时刻,圆满完成第三次发射任务。

30年追梦

长五二次发射时曾被浇得“透心凉”

进入21世纪,世界主要航天国家均推出了新一代运载火箭,进入太空的需求与能力与日俱增。美国的宇宙神5、德尔塔4、猎鹰重型火箭,欧洲的阿里安5火箭,都是这一赛道的“重量级选手”。

早在20世纪80年代中期,专家们就开始积极呼吁国家研制使用液氧煤油环保推进剂的运载火箭。

2006年,国家正式立项研制长征五号新一代大推力运载火箭,经过10年攻坚,长征五号于2016年实现首飞。

然而,在第二次发射任务中,长征五号经历了至暗时刻。当火箭发射升空后,当人们还沉浸在兴奋与激动之中……第346秒,长征五号芯一级液氢液氧发动机突发故障,发动机推力瞬时大幅下降,发射任务宣告失败!“当我们正要迈向更强的路上,被一盆冰水浇得‘透心凉’。”中国航天科技集团长征五号火箭总指挥王珏回忆当时的感觉,真有一种“天要塌了的想法”。

走出至暗时

“万人一杆枪”打赢“翻身仗”

“航天归零”——中国航天人应对众多复杂困难和挑战的法宝之一,就是“从头开始、重新再来”,用严慎细实的态度和一丝不苟的作风面对困难和挫折。

王珏告诉记者,在归零过程中,通过建立“故障树”,“胖五”研制团队对50多个可能造成推力下降的事件进行了逐一的排查,从长征五号第二发失利到第三发成功,累计进行了40余次、15000余秒关键技术试验,总计超过20000余次各种地面试验,只为磨砺出一枚更强壮、更健康的“胖五”。

2019年4月4日,长征五号第三发火箭的总装工作进入到最后阶段,一台用于后续任务的芯一级氢氧发动机在试验数据分析过程中出现异常。研制人员通过“蛛丝马迹”,顺藤摸瓜找到问题“症结”。

发生这一情况后,中国航天科技集团一院党委书记李明华临危受命,担任长征五号火箭“第一总指挥”。在中国航天史上,只有当任务面临巨大挑战时,才会增设这一岗位。

李明华和同事们反复研究比较,最终选择进行局部改进,同时组织全国优势资源联合攻关,其中既有清华、北航、北理工等高校的研究资源,也有航空、船舶等领域的院士专家,大家齐心协力再攻关。

问题少一个,胜算多一分。在文昌航天发射场,任务失利后,“超越最高标准”成为发射场全线的质量新目标。“长征五号火箭在飞行过程中要完成的动作总共有2000多项,其中任何一个出现问题,都会对火箭飞行造成严重影响,甚至造成发射失败。我们只有做到完美,才能坦然面对。”李明华说。

“颗颗螺钉连着航天事业,小小细节决定任务成败。”中国航天科技集团五院技术顾问、“人民科学家”叶培建院士曾直言,航天是一项“10000-1=0”的事业,“万人一杆枪”是航天事业的真实写照。

全身黑科技

国内展开面积最大、翼展最长的太阳翼

很多人都把太阳翼比作卫星的“翅膀”,不过它的作用可不是用来飞行,而是为卫星提供能源。

实践二十号卫星身躯庞大,它的“翅膀”是我国迄今为止面积最大、翼展最长、展开方式最复杂的太阳翼,双翼展开比波音737飞机的翼展还要宽10米。尽管这双“翅膀”十分巨大,但是却“身轻如燕”。

太阳翼面积的大大增加,就能带来源源不断的超强电流供给,让实践二十号卫星始终拥有充沛体力,为更多的小伙伴提供广播电视服务、移动通信服务等。

“小关节”力气大和“大心脏”品质高

实践二十号卫星巨大的太阳翼虽然不能像翅膀一样上下挥舞,但是能够低速转动,保证始终朝向太阳,从而最大限度地获取太阳能。而带动太阳翼转动的则是一个“小关节”——太阳翼驱动机构。

别看太阳翼驱动机构个头娇小,却是一个耐冷耐热耐冲击的“大力士”,它能轻轻松松承受巨型太阳翼展开带来的冲击载荷,驱动百来斤的质量转动也不在话下。

实践二十号卫星巨大的太阳翼能够提供超强电流。如何让这些电流既不过大也不过小,而且能听话地流到卫星每一个角落,维持卫星的健康运转呢?为此,研制人员为卫星配备了一颗“大心脏”——国内功率最大的电源控制器。与第一代电源控制器相比,它在功率增大3倍以上、功率密度提升2.5倍的情况下,重量却只增加了40%。

在天地间架起信息传输高速公路

随着卫星互联网业务的增加,用户对于大容量通信卫星的需求越来越迫切。实践二十号卫星搭载的由航天科技集团五院研制的甚高通量通信载荷,涵盖了Q/V频段载荷、宽带柔性转发器等。

“提高卫星通信容量主要手段在于提高可用频段带宽。如果把静止轨道比作太空中的一条高速公路,那么这条高速公路是所有太空高速公路上最为拥挤的。而使用Q/V频段相当于把这条高速公路拓宽了4-5倍。”中国航天科技集团五院实践二十号卫星总设计师李峰说。

激光高速通信从梦想照进现实

激光通信是天基信息网上的骨干节点及导航卫星组网运行的重要手段,近年来一直是航天领域研究的一个热点问题。

实践二十号卫星搭载了五院研制的激光终端,将实现在轨的星地通信,通过双通道信号传输,可以实现10G左右的通信容量,相比于传统的微波通信,实现了指数级的增长。

相比于目前在轨应用的单一体制的激光终端,实践二十号卫星搭载了三种体制的激光终端,将进行长期的星地通信验证,为后续不同体制的激光终端的研制积累大量的在轨数据,为这项“黑科技”在空间站等未来航天器上的应用奠定基础。

“混合推进”让卫星飞行更稳定、更精准

随着科技进步和对环保的重视,很多人在买汽车时都喜欢选购油电混合动力汽车,兼具汽油发动机和电池发动机的双重优势。实践二十号卫星采用的正是这样一套混合推进系统,由化学推进和电推进提供混合动力,相当于卫星里的 “油电混动汽车”。

化学推进力量大,效率低,适合快速变轨和调整卫星姿态,尽快将卫星送入既定工作轨道;电推进力量小,但推力精度高、效率高,适合在轨长期精确轨道调整。实践二十号卫星的化学推进系统使用了最新的板式贮箱、超声波流量计、高精度压力传感器和热容法等产品和技术,实现了对燃料的精确测量和管理,确保一滴推进剂都不浪费。

“降温神器”可展开式热辐射器

实践二十号卫星尺寸大、体积大、重量大、功耗大,产生的热量多,如果不及时散热,就可能“上火”,造成各种设备失效从而无法正常工作。怎么办?研制人员为它准备了一个“降温神器”——基于单相流体回路的可展开式热辐射器。

专家介绍,这个“神器”在“胖五”发射时,紧紧收拢在卫星内壁上,一旦卫星准确入轨,它就会自动解锁并向外展开。“形象地说,就像小狗热了吐出个舌头一样,这扇特殊的窗户就相当于卫星的舌头。”

此次随实践二十号卫星搭载飞行成功,证明了这个“神器”能够有效解决航天器功耗增大和散热面积不足的矛盾,为我国未来万瓦级卫星平台的研制提供了有力的支撑。

责任编辑:邢晓楠(实习)

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  • 2019-12-30 14:07

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  • 作者:
  • 来源:北京青年报

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