低溫加注系統創“亞洲之最”
長征五號運載火箭成功首飛,其低溫加注系統也經歷了考驗。“長征五號是目前亞洲直徑最大、發動機數量最多的低溫火箭,為其配套的低溫加注系統具有規模最大、技術最先進、流程最復雜的特點,被譽為‘亞洲之最’。”中國航天科技集團公司一院15所長征五號型號副總師、項目指揮賀建華透露。
低溫加注系統是向火箭加注、補加低溫介質,并實現低溫介質安全、合理排放的系統。賀建華介紹,長征五號的低溫加注系統擁有低溫閥門200多個、氣動閥門1000多個,低溫管路達1萬多米、供氣管路3萬多米,電纜100多公里,規模是以往系統的數倍。同時由于加注流量大,密封、絕熱難度大,安全性和環境適應性要求高,該系統在技術上實現了質的跨越。
文昌發射場為長征五號、長征七號兩型火箭設置了兩個發射塔。一院15所長征五號項目組副指揮呂巖介紹,長征七號采用液氧煤油發動機,需要輸送液氧;長征五號除了液氧煤油發動機,還采用氫氧發動機,需要用兩套系統分別輸送液氫和液氧。為了節約成本、節省占地,發射場將液氧加注庫區,建在了兩個發射塔之間,用一個低溫加注系統給兩個發射工位輸送液氧,這在國內發射場低溫加注系統中尚屬首次。同時還實現對長征五號同時進行助推器、一級和二級加注。李艷 付毅飛
活動發射平臺
毫米級定位精度
中國航天科技集團一院“長五”發射平臺設計人員李道平,在控制室按下“前進”鍵,“長五”活動發射平臺以4米/分的速度駛向發射區,到達發射工位時,發射臺前端“限位傳感器”觸發,活動發射平臺停下來,完成一次定位。
這時,駕駛室內的李道平發現活動發射平臺與定位點之間有10毫米的距離,他啟動“二次定位”功能,先前進15毫米,再后退10毫米,定位點分毫不差。
怎樣實現如此精準的定位呢?“長五”活動發射平臺由16臺電機控制對應的8對輪組,承載“大噸位”的平臺實現平行軌道勻速運行、圓弧形軌道上差速運行。要讓定位精準到毫米級,主要靠兩個功能。活動發射平臺設計人員吳孟強介紹:“一個是一次定位,另一個是二次定位。一次定位能讓平臺行走到發射工位時,觸發‘前端限位傳感器’,使速度由4米/分降為0。當一次定位精度不夠時,二次定位能讓活動發射平臺在軌道上,按照10、15、20、25毫米4個檔前后微動,實現毫米級定位。”柯日保
推舉長征五號的“綠巨人”
作為我國目前推力最大的運載火箭,長征五號擁有強大的“中國芯”,其動力系統由中國航天科技集團第六研究院自主研制。其中,芯一級主動力50噸氫氧發動機的研制成功,填補了我國大推力氫氧發動機空白,大幅提升了我國液體火箭推進技術的整體水平。
50噸氫氧發動機是我國首臺大推力的氫氧發動機,具備綠色環保、運載高效、推力強勁、低溫之最的特點。
50噸氫氧火箭發動機采用液氫、液氧作為推進劑,燃燒產物是水,對環境不會造成污染。而且氫氧發動機比現有常規燃料發動機性能提高約50%,是當前已知推進效率最高的化學推進劑火箭發動機,可大幅減少火箭運載所需的推進劑重量,對于提高火箭的運載能力具有至關重要的作用。與現役上面級氫氧發動機相比,50噸氫氧發動機真空推力是其9倍,使長征五號火箭的運載能力實現了大幅躍升。
在長征五號800噸重的身體里,90%是-252℃的液氫和-183℃的液氧,這已經接近低溫的極限。50噸氫氧發動機在超低溫、高溫、高壓等苛刻工況條件下工作,其研制中采用了新材料、攻克了新技術,將有益于我國的工業現代化。付瑞霞 梁愛平
3D打印主承力件減重30%
中國航天科技集團一院利用激光同步送粉3D打印技術成功實現了長征五號鈦合金芯級捆綁支座試驗件的快速研制,這是激光同步送粉3D打印技術首次在大型主承力部段關鍵構件上的應用。
捆綁支座為運載火箭主承力構件,綜合力學性能要求高,目前使用的性能較好的高強鋼,多采用鍛造再機加的方式成型,但這種方法材料去除量大、加工周期長。面對新型號減重的迫切需求,一院211廠提出采用具有更高比強度的鈦合金材料,利用激光同步送粉3D打印工藝,實現捆綁支座的整體成型。
經過系統工藝研究,試制的產品順利通過了成分、組織性能、表面質量及內部質量等各類檢測,整體綜合性能達到鍛件水平,且較原設計減重30%。產品的試制成功,對拓展3D打印技術在箭體結構制造領域的應用、豐富大型難加工金屬結構件研制技術手段,具有重要意義。周慶軍