一枚全新火箭的誕生
——改進(jìn)型長二F火箭總設(shè)計(jì)師荊木春談火箭的新特點(diǎn)
新華社北京10月2日電(記者 王敏)“天宮一號”發(fā)射成功，揭開了我國載人航天工程首次空間交會對接任務(wù)的大幕。有著“神箭”之稱的長征二號F火箭又承擔(dān)起了新的歷史使命——助力天宮一號目標(biāo)飛行器和神舟八號無人飛船的“太空相會”。
雖然仍被稱做“長二F”或被叫做改進(jìn)型“長二F”，但火箭從外到內(nèi)煥然一新，在運(yùn)載能力和入軌精度上均有很大提高。用科研人員的話說：“這完全是一枚全新的火箭”。
整流罩用上馮·卡門曲線
中國航天科技集團(tuán)公司一院火箭總設(shè)計(jì)師荊木春介紹說，改進(jìn)型長二F火箭具有發(fā)射目標(biāo)飛行器和飛船的兩個(gè)狀態(tài)，運(yùn)載能力分別為8.6噸和8.1噸，比傳統(tǒng)狀態(tài)的“長二F”提高了0.6噸和0.1噸。由于目標(biāo)飛行器不載人，發(fā)射這一狀態(tài)的長二F火箭取消了逃逸塔裝置。
在發(fā)射“天宮一號”時(shí)，火箭外形上的最大變化是整流罩，不僅長度由先前的10.7米增至12.7米，最大直徑也由先前的3.8米增至4.2米，而且頭部還采用了流線式的馮·卡門曲線，這也是最吸引公眾眼球的重大變化。
馮·卡門是美國工程力學(xué)大師、航天技術(shù)理論的開拓者。馮·卡門曲線是基于他的研究成果而畫出的曲線。
“整流罩的增大加長，與‘天宮一號’的體積密切相關(guān)?！鞂m一號’比神舟飛船的體積大?！鼻G木春說，“整流罩頭部設(shè)計(jì)采用馮·卡門曲線的意義在于，更好地減小空氣阻力，減輕載荷影響。”
然而，馮·卡門曲線整流罩的生產(chǎn)，卻并非如探囊取物般容易，具有很高的技術(shù)難度。荊木春解釋說；“與以前不同，馮·卡門曲線頭部展開之后并不是一個(gè)平面，涉及很多復(fù)雜的加工工藝以及材料成型的問題。”
“長二F”研制團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行了一系列艱苦的工藝攻關(guān)、論證后，才最終將采用馮·卡門曲線的整流罩從理論變成現(xiàn)實(shí)。
除了整流罩的外形變化，火箭箭體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的助推器的內(nèi)部頂端形狀也發(fā)生了變化，由原來的橢球型變成錐形。荊木春表示：“這樣做可以承載更多推進(jìn)劑，使火箭的運(yùn)載能力提高100多公斤。這對載人航天工程有著不小的貢獻(xiàn)?！?/p>
采用兩套慣組提高精度
任何一枚火箭在點(diǎn)火升空之后之所以能夠按照預(yù)定軌跡飛行，并且最終能夠精確地將目標(biāo)送入預(yù)定軌道，主要是靠火箭的控制系統(tǒng)來完成整個(gè)過程。
據(jù)荊木春介紹，改進(jìn)型長二F火箭的控制系統(tǒng)是個(gè)全新的系統(tǒng)，從使用的方案、原理、具體設(shè)備、軟硬件等方面都與傳統(tǒng)狀態(tài)的“長二F”發(fā)生了很大變化，相當(dāng)于給火箭置換了一個(gè)全新的“大腦”。
慣性測量組合，簡稱“慣組”，是火箭控制系統(tǒng)的核心，是影響火箭入軌精度的關(guān)鍵部件。
和先前的長二F火箭相比，改進(jìn)型長二F火箭控制系統(tǒng)的一個(gè)重大更改是，取消原先的氣浮陀螺平臺，采用兩套慣組作為測量裝置。這樣一來，可以更好地滿足火箭在俯仰偏航方向上的機(jī)動要求。
有了上述制導(dǎo)工具，改進(jìn)型長二F火箭在制導(dǎo)方式上，首次使用了迭代制導(dǎo)技術(shù)。這些做法都是為了滿足交會對接任務(wù)對火箭入軌精度、軌道調(diào)整適應(yīng)性和可靠性等多個(gè)方面的要求。
不過，首次交會對接任務(wù)對“天宮一號”的入軌精度并沒有很高要求，但對“神舟八號”的入軌精度要求很高。因此，工程研制人員選擇了兩套制導(dǎo)方案：當(dāng)發(fā)射目標(biāo)飛行器時(shí)，火箭僅采用攝動制導(dǎo)；當(dāng)發(fā)射飛船時(shí)，火箭采用“攝動+迭代”組合制導(dǎo)。
記者了解到，在多達(dá)170多項(xiàng)的火箭系統(tǒng)技術(shù)變化中，重要變化遠(yuǎn)不止這幾項(xiàng)。長二F火箭研制團(tuán)隊(duì)還對動力系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)和故障檢測系統(tǒng)等采取了一系列措施，不斷提高火箭的可靠性，而這是個(gè)永恒、無止境的過程。
