天宫一号运载火箭用全新控制系统确保入轨精度

http://www.sina.com.cn 2011年09月29日04:03 新京报

全新神箭，换大脑戴大帽子。

　　今晚，举世瞩目的“天宫一号”即将飞天。有着“神箭”之称的长征二号F火箭，将承担此次发射的重任。这枚火箭被称作“长征二号FT1”，它是长征二号F火箭的改进型，从外到内焕然一新，在运载能力和入轨精度上均有很大提高。为满足交会对接任务要求，“长征二号FT1”在整流罩、助推器结构、控制系统、动力系统等方面进行了170多项技术改进。该火箭由中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院为主研制。

　　“长征二号FT1火箭”总设计师荆木春、副总设计师张智接受记者专访时说：“这完全是一枚全新的火箭”。

　　亮点1

　　整流罩首用“流线”减阻力

　　据荆木春介绍，火箭外形上的最大变化是整流罩，不仅长度由先前的10.7米增至12.7米，最大直径也由先前的3.8米增至4.2米，而且头部首次采用了流线式的冯·卡门曲线。

　　张智说，采用“冯·卡门曲线”有两个作用，一是采用这种设计能够减小空气阻力和脉动压力；二是减轻了箭体结构的载荷影响，同时对整流罩的载荷设计也有好处。

　　整流罩的增大加长，与“天宫一号”的体积密切相关，因为“天宫一号”比神舟飞船的体积大。

　　整流罩位于火箭顶端，有着火箭的“皇冠”之称。张智说，火箭升空前，整流罩在地面保护飞船或卫星，保证飞船或卫星对温度、湿度、洁净度的要求。而在火箭升空穿过大气层时，整流罩可以使飞船或卫星免受气动力和气动热损伤。可以说，整流罩在整个火箭系统中起着非常重要的作用。

　　亮点2

　　运载能力提高100多公斤

　　据介绍，该火箭具有发射目标飞行器和飞船的两个状态，运载能力分别为8.6吨和8.1吨，比“长二F”提高0.6吨和0.1吨。与此同时，火箭箭体结构系统的助推器内部顶端形状也发生了变化，由原来的椭球形变成锥形。“这样做可以承载更多推进剂，使火箭的运载能力提高100多公斤。这对载人航天工程有着不小的贡献。”荆木春说。

　　由于“天宫一号”目标飞行器不载人，“长二FT1”火箭取消了逃逸塔装置和控制系统中的关机装置。

　　荆木春说，“长二FT1”的控制系统是个全新的系统，从使用的方案、原理、具体设备、软硬件等方面都与传统状态的“长二F”发生了很大变化，相当于给火箭置换了一个全新的“大脑”。

　　亮点3

　　指标提高3倍保入轨精度

　　火箭点火升空后，之所以能够按预定轨迹飞行，并最终能够精确地将目标送入预定轨道，主要靠火箭的控制系统来完成整个过程。

　　荆木春说，为了完成这次交会对接任务，入轨的精度要求有了很大的提高，有些指标比原来提高近三倍。“为了满足要求，火箭控制系统首次使用了迭代制导方式。”除了整流罩，发射“天宫”和发射“神八”的火箭状态基本是一致的，发射“天宫”时，把参数做了调整，从而保证入轨精度和入轨的姿态。

　　此外，“长征二号FT1”控制系统的一个重大更改是，取消原先的气浮陀螺平台，采用两套惯组作为测量装置。这样一来，火箭不仅增加了运载能力，更重要的是可以更好地满足火箭在俯仰偏航方向上的机动要求。

　　亮点4

　　“铝改钢”提高火箭可靠性

　　荆木春说，首次交会对接任务对“天宫一号”的入轨精度并没有很高要求，但对“神舟八号”的入轨精度要求很高。因此，工程研制人员选择了两套制导方案：当发射目标飞行器时，火箭仅采用摄动制导；当发射飞船时，火箭采用“摄动+迭代”组合制导。“打个比方说，家住五环路，工作单位在三环路。摄动制导给你规定好了具体路径，而迭代制导只是告诉你目的地，并不限制具体路径。”

　　据张智透露，“长征二号FT1”研制团队将动力系统的自生增压管路的导管材料由铝合金换成了不锈钢。火箭结构系统通常称为箭体结构，多用金属板材和加强件组成的硬壳、半硬壳式结构。材料多为比强度和比刚度较高、塑性范围较窄的铝合金，部分采用不锈钢、钛合金和非金属材料，铝改钢提高了火箭的可靠性。

　　亮点5

　　“大力士”新型火箭正研制

　　张智说，一直以来，火箭对可靠性的设计要求都是所有航天系统中最高的。

　　“其他飞行器，如卫星，在飞行时发生故障，还有一定的时间来进行调整，地面也可以人工参与。”张智说，火箭不行，它的实时性要求非常高，一旦发生故障，必须在几百毫秒内实施故障隔离，进行系统重组。

　　另据荆木春介绍，美国和俄罗斯火箭的运载能力都比较大，而我国火箭运载能力相对较小。为确保完成后续发射空间站等任务，我们正在研制更大推力的新型火箭。正在研制的新型火箭，使用的燃料是液氧煤油，从环保角度来讲更清洁、更安全。

　　■ 长征家族族谱

　　由我国独立研制的长征系列运载火箭是中国航天的主力运载工具。目前共有长征一号、长征二号、长征三号、长征四号4类(种)国产型号。

　　长征一号

　　是一种三级火箭。全长29.86米，最大直径2.25米，起飞重量81.6吨，起飞推力102吨，能把0.3吨重的卫星送入440公里高的近地轨道。1970年4月24日，长征一号运载火箭成功地将“东方红一号”卫星送入预定轨道。

　　长征二号

　　是一种两级火箭，全长31.17米，最大直径3.35米，起飞重量190吨，能把1.8吨的卫星送入距地面数百公里的椭圆形轨道，是中国航天运载器的基础型号。长征二号F/H运载火箭是国内目前可靠性、安全性最高的运载火箭。