首次应用!这个神器让金牌火箭“指哪落哪”

2021-10-14 22:06:29

◎李同科技日报 记者 付毅飞 崔爽

发射后9分钟,一个耀眼的亮点出现。

“就在那里!”顺着一位长二丁试验队队员手指的方向,大家看到火箭一子级如流星一般在夜空中划过,降落在发射前“约定”好的方位。

首次应用!这个神器让金牌火箭“指哪落哪”

太阳探测科学技术试验卫星模拟高清图。图片来源:国家航天科工局

“精准控制!”长征二号丁运载火箭总指挥谈学军对火箭首次应用栅格舵实现精准落区控制如此评价。

10月14日18时51分,我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在太原卫星发射中心发射成功。

长征二号丁·上海世界技能大赛号将包括“羲和号”在内的11颗卫星送入预定轨道。

星箭均由中国航天科技集团八院抓总研制。

在距离发射场600多公里的陕西省商洛市(落区位置),长二丁试验队队员早早守候在那里,顺利等来火箭冲霄后的披甲归来。

首次应用!这个神器让金牌火箭“指哪落哪”

孙公明/摄 图片来源:国家航天科工局

金牌火箭解锁新技能从“指哪打哪”到“指哪落哪”

近年,随着我国航天发射任务趋于高密度发射态势,落区环境安全成为大众关注的焦点。

火箭发射过程中通常会执行多次分离程序,如一二级分离、卫星整流罩分离、星箭分离等。尽管分离后的大部分火箭残骸会在经过大气层时烧毁,但还是会有残体坠落到地面,一旦不受控的火箭箭体落到人口稠密地区,将会严重危及到落区内群众的生命财产安全。

首次应用!这个神器让金牌火箭“指哪落哪”

孙公明/摄 图片来源:国家航天科工局

因此,实现精准落区控制,保证落区环境安全是航天事业在快速发展过程中必须亟待解决的问题。

本次长征二号丁火箭首次应用栅格舵控制系统,完美解锁“指哪落哪”的新技能,成功实现了一子级落区范围缩小80%以上的目标。

栅格舵到底是什么“神器”?

首次应用!这个神器让金牌火箭“指哪落哪”

孙公明/摄 图片来源:国家航天科工局

简单来说,栅格舵是一种火箭飞行姿态控制装置,设计师称之为火箭一子级的“小翅膀”。

举例来说,小鸟或飞机的滑翔是借助风与翅膀在一定角度下产生的推力来实现的,这个推力可以控制小鸟或飞机的行进方向。火箭的栅格舵也正是利用这样一种气动特性原理,通过风作用在舵面上所产生的不同大小、不同方向的推力,导引一子级朝落区目标点机动飞行。其中,栅格舵的舵面大小、栅格数量和厚度等因素都将影响其气动特性,这就需要设计师精心设计、选材和试验,确保火箭残骸能够准确落在设定区域。

更轻巧更可靠硬核技术打造“智慧翅膀”

据八院805所设计师介绍,此次安装的栅格舵控制系统主要是在一子级再入返回段中发挥关键作用。

可折展、精准转动的结构系统是栅格舵实现姿态控制的重要因素。在火箭的最初上升段,4只栅格舵都呈折叠状态紧贴箭体,避免对卫星发射任务造成的影响;而当一子级完成使命坠入大气层时,栅格舵正式开始工作,通过“解锁-展开-控制指令转动”等一系列复杂动作,对一子级进行飞行引导。

首次应用!这个神器让金牌火箭“指哪落哪”

摄影:孙公明 图片来源:国家航天科工局

值得一提的是,结构系统还兼具耐热、轻质、坚固的优异性能,舵面能承受上千度高温和数吨载荷,重量却仅为同类产品的1/3,对“斤斤计较”的运载火箭来说,有效减少了宝贵运载能力的损失。

电气系统是栅格舵控制的“大脑”,它通过发送指令“指挥”舵面进行不同角度的偏转,导引一子级箭体向目标点飞行,同时将飞行信息下传至地面,实现落区预报的功能。设计团队从研发之初就选用综合电子技术,摒弃传统繁杂的电气系统设计思路,减少电气单机设备数量,使得测量、导航控制、遥测等功能整合到一个不到20厘米的小盒子中,系统结构简洁、可靠性更高。

本次长二丁栅格舵控制系统还新增排放子系统,通过氧化剂在空中排放的方式,有效降低一子级在空中解体的概率,保障落区安全性;新增分离体测量装备,采用两种定位方式进行实时落点预测,为残骸搜寻提供更加准确的位置信息。

据悉,栅格舵控制系统的成功应用将为我国后续垂直起降重复使用运载火箭的研制打下坚实的基础。


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