低溫加注系統(tǒng)創(chuàng)“亞洲之最”
長征五號運載火箭成功首飛,其低溫加注系統(tǒng)也經歷了考驗。“長征五號是目前亞洲直徑最大、發(fā)動機數(shù)量最多的低溫火箭,為其配套的低溫加注系統(tǒng)具有規(guī)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(tǒng)是向火箭加注、補加低溫介質,并實現(xiàn)低溫介質安全、合理排放的系統(tǒng)。賀建華介紹,長征五號的低溫加注系統(tǒng)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(guī)模是以往系統(tǒng)的數(shù)倍。同時由于加注流量大,密封、絕熱難度大,安全性和環(huán)境適應性要求高,該系統(tǒng)在技術上實現(xiàn)了質的跨越。
文昌發(fā)射場為長征五號、長征七號兩型火箭設置了兩個發(fā)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(fā)動機,需要輸送液氧;長征五號除了液氧煤油發(fā)動機,還采用氫氧發(fā)動機,需要用兩套系統(tǒng)分別輸送液氫和液氧。為了節(jié)約成本、節(jié)省占地,發(fā)射場將液氧加注庫區(qū),建在了兩個發(fā)射塔之間,用一個低溫加注系統(tǒng)給兩個發(fā)射工位輸送液氧,這在國內發(fā)射場低溫加注系統(tǒng)中尚屬首次。同時還實現(xiàn)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(fā)射平臺
毫米級定位精度
中國航天科技集團一院“長五”發(fā)射平臺設計人員李道平,在控制室按下“前進”鍵,“長五”活動發(fā)射平臺以4米/分的速度駛向發(fā)射區(qū),到達發(fā)射工位時,發(fā)射臺前端“限位傳感器”觸發(fā),活動發(fā)射平臺停下來,完成一次定位。
這時,駕駛室內的李道平發(fā)現(xiàn)活動發(fā)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(xiàn)如此精準的定位呢?“長五”活動發(fā)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(xiàn)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(fā)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(fā)射工位時,觸發(fā)‘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(fā)射平臺在軌道上,按照10、15、20、25毫米4個檔前后微動,實現(xiàn)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(tǒng)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(fā)動機的研制成功,填補了我國大推力氫氧發(fā)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(fā)動機是我國首臺大推力的氫氧發(fā)動機,具備綠色環(huán)保、運載高效、推力強勁、低溫之最的特點。
50噸氫氧火箭發(fā)動機采用液氫、液氧作為推進劑,燃燒產物是水,對環(huán)境不會造成污染。而且氫氧發(fā)動機比現(xiàn)有常規(guī)燃料發(fā)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(fā)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(xiàn)役上面級氫氧發(fā)動機相比,50噸氫氧發(fā)動機真空推力是其9倍,使長征五號火箭的運載能力實現(xiàn)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(fā)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(yè)現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)捆綁支座的整體成型。
經過系統(tǒng)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