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中国航天大事记:新一代运载火箭长征7号成功发射

时间:2017年08月17日 信息来源:网易军事 点击: 【字体:

中国航天大事记:新一代运载火箭长征7号成功发射

20166252022分,中国全新研制的长征七号运载火箭,在新建的海南文昌航天发射场发射升空,成功将载荷送入预定轨道。20173月,长征七号遥二运载火箭顺利通过了出厂评审。2017311日,长征七号运载火箭安全运抵文昌航天发射场,开展发射场区总装和测试工作。

2016年6月25日, 中国首枚新一代中型运载火箭长征7号在新建的海南文昌发射场顺利升空, 把远征1号A上面级、多用途缩比返回舱等载荷组合体送入近地点200千米、远地点394千米的椭圆轨道,这标志着长征7号首飞任务取得圆满成功。它也是中国大中型运载火箭更新换代的开幕战和海南文昌航天发射场的第一战,为2016年11月3日在文昌首发的长征5号新一代大型运载火箭的首飞积累了经验。它验证了长征7号设计正确性和各项性能指标,考核了海南文昌航天发射场系统执行任务能力,检验了工程相关系统间的协调性和匹配性。同时,火箭搭载的多用途飞船缩比返回舱等载荷开展了相关技术试验。

长征7号是为满足中国载人航天工程,发射货运飞船而研制的新一代高可靠、高安全的中型运载火箭,达到了国外同类火箭先进水平。它是利用长征2号F的成熟技术,在大体不变的情况下由原来常温的偏二甲肼/四氧化二氮发动机改为新研制低温的液氧/煤油发动机。后者技术十分复杂,因为液氧的温度为—183 °C,火箭要保持低温,防水隔热要面面俱到。

之所以用低温的液氧/煤油发动机替换以前的偏二甲肼/四氧化二氮发动机,是因为用液氧煤油发动机优点多多:一是可以显著提高火箭的运载能力,长征7号上的120吨级液氧/煤油发动机比冲比常规发动机提高了20%,推力比以往的“长征”系列运载火箭发动机提高了60%以上,把中国火箭的近地轨道运载能力由8.5吨一下提高到13.5吨。二是推进剂绿色环保,全箭采用了中国具有自主知识产权、交付前可进行工艺试车的两种液氧/煤油发动机,无毒、无污染,液氧和煤油燃料燃烧后产生的二氧化碳和水,不会对环境造成任何污染,它的研制成功并实现太空飞行,实现了中国火箭动力从常规有毒至绿色无毒的巨大跨越,秉承了中国航天绿色环保的发展理念,顺应国际潮流。三是燃料来源广泛、价格低廉,平均价格比现役火箭的推进剂低一个数量级,其中作为燃烧剂的煤油每吨价格为1万元,而偏二甲肼每吨价格为8.2万元;作为氧化剂的液氧每吨价格为2000元,而四氧化二氮每吨价格为1.8万元,平均成本仅为常规推进剂的1/10强,发射“神舟”飞船的长征2号F火箭如果采用液氧/煤油作为推进剂,每次发射可以节约推进剂费用上千万元。四是液氧/煤油发动机可以重复使用,如果掌握了火箭回收技术,就有望重复使用液氧/煤油发动机,从而大大降低火箭的发射成本。

长征7号是两级半构型的全液氧/煤油火箭,使用了新型的YF-100、YF-115液氧/煤油发动机。其基本型箭体总长53.1米,芯级直径3.35米,并联了4个直径2.25米的助推器,起飞质量约597吨,起飞推力720吨,近地轨道运载能力13.5吨。其芯一级直径为3.35米,装有2台单台推力为120吨的双摆液氧/煤油发动机YF-100;芯一级还并联了4个直径均为2.25米的助推器,每个装有1台单台推力为120吨的单摆液氧/煤油发动机YF-100;芯二级直径为3.35米,装有4台单台推力为18吨的双摆液氧/煤油发动机YF-115。

长征7号前期将执行发射货运飞船的任务,后续将执行发射载人飞船的任务。该火箭对未来主战场卫星发射任务具有良好的适应性,通过卫星发射可以为载人航天任务积累可靠性子样,确保载人航天发射的可靠性,现计划在2020年后发射载人飞船。同时作为中国新一代中型运载火箭的基本构型,它将成为中国未来航天发射任务的“主力军”,肩负着技术进步和更新换代的历史重任。

由于该火箭的芯级直径和助推器直径分别为3.35米和2.25米,既可以用铁路进行运输,也能采取海运方式,所以长征7号在中国4个航天发射场都能发射。预计到2021年火箭各项技术趋于成熟稳定时,长征7号将逐步替代现有的长征2号、3号、4号系列,承担中国80%左右的发射任务。

从总体上讲,长征7号有六项技术特点与难点。一是新动力,各级均采用新研的液氧/煤油发动机及与之适应的新型低温增压输送系统,研制难度大。二是新布局,助推器长度为现役运载火箭的2倍,采用三支点超静定捆绑方案。二级尾舱空间紧凑,通过采用二次分离确保级间分离的可靠性。三是新环境,新型动力系统及多发动机并联导致箭上和地面的力、热环境严酷;海南发射场高温、高湿、盐雾、浅层风及雷电等自然环境条件带来新挑战。四是新结构,采用三维设计/制造技术,打通从设计到制造的全三维流程。五是新体制,使用新型总线控制,实现遥、外测一体化设计,采用天基测控实现重要数据中继传输。六是新测发,采用“新三垂”测发模式,转场过程中保持箭/地气、液、电连接状态不变,起飞段采用大流量喷水系统进行降温降噪。

长征7号是中国首枚采用全数字化手段研制的“数字火箭”,突破了三维协同设计、三维设计数据管理及基于三维的流程仿真、飞行综合性能仿真等多项关键技术。它从设计到生产均采用全三维数字平台,标志着中国运载火箭迈入了全生命周期数字化的大门。通过采用三维无图纸设计/制造技术,打通了从设计到制造的全三维流程;广泛应用数字化手段,基于统一的三维模型实现了设计、分析、仿真、生产与总装的数字化研制新模式,建立了标准规范,为其它型号的推广应用树立了典范。基于数字模装及数字化仿真,在设计阶段提前发现大量不协调问题并得到及时解决,减小了产品报废率,缩短了研制流程。采用绿色、环保制造工艺(数控机械铣替代化铣工艺、自动压铆替代冲击铆工艺等)。

该火箭在全研制流程没有一张纸质图纸,被称火箭设计从纸质“连环画”变成了“3D电影”。在生产加工阶段火箭实现了“一键式”加工。原来,工艺员加工某金属零部件,首先要根据二维图纸画出工序草图、手工编制工艺规程,然后进行车、铣、镗等系列工序。现在,从原材料变为成品,只需按动数控机床按钮即可完成,且合格率达100%,可谓是一键定“乾坤”,极大地提升了生产质量和效率。

在试验、装配阶段,“数字火箭”应用了“虚拟现实技术”,对火箭进行虚拟装配、虚拟试验,真实模拟火箭实际装配和试验环境,提前预见可能发生的问题,确保了火箭试验、装配“一次成”。长征7号火箭的首飞成功,代表了中国近60年运载火箭研制领域的最高水平,标志着中国新一代运载火箭在数字化设计能力上已跻身国际先进行列。

由于长征7号的首飞是中国运载火箭第一次在新建的低纬度发射场——海南文昌航天发射场发射,所以在长征7号火箭的设计中,为了适应全新发射场采取了一系列应对措施,使火箭呈现出以下新面貌。

长征7号采用防风防水设计,在中雨时也能发射。它还装有防风减载装置,可以在8级大风的情况下进行垂直转运。

现役火箭中采用的“三垂模式”,其箭地连接工作在技术区和发射区要进行两次,而长征7号采用“新三垂模式”,仅一次对接就可以完成工作,状态的一致性更好,且前端地面测发控设备在技术区进行了充分测试,转至发射区以后出现故障的概率更低,有效提高了发射的可靠性,同时也缩短了发射工作时间,降低了火箭转场后遇到恶劣天气再返回技术区的情况发生。

长征7号于2017年4月进行第2次发射,把中国的首艘货运飞船天舟1号送上太空。


(作者:佚名)
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