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32秒转身、固液结合、重复使用……长六你变了!
 



  发表日期:2019年11月25日   出处:中国航天报        【编辑录入:飞沙

中国航天报:1113日,长征六号火箭发射成功不久,另外一个喜悦砸过来了:经地面测控团队判读,卫星第一圈入境后的自转角速度小于0.01度每秒。这意味这什么?一般情况下,星箭分离,卫星被抛出后会受力旋转,只有等稳定下来后,卫星才能对日定向,继而太阳翼帆板蓄电工作。

 

常规而言,卫星被抛出去后,自旋转的角速度可容许的范围是数度每秒。长六这次发射中,星箭双方表现堪称完美,这个数值是0.01度每秒,这意味着卫星不用再转圈圈了,马上就可以对日定向,开展工作。这个成绩,在航天发射中十分难得。

 

小六这次快递送的,满分!“双11”期间的金牌快递员非它莫属了。

 

实际上,长征六号火箭上一次发射还是2017年。两年来,在它身上发生了什么,它收获了哪些成长?中国航天报记者带来独家报道,让您认识一个“长大成人”的长征六号。

 

五大改变 长六成长了

 

首次尝试更高的低倾角圆轨道发射

 

长征六号是我国新一代运载火箭中的先行箭,在2015年完成首飞,实现一箭二十星发射,此后,又在2017年发射了一箭三星。昨天它进行第三次一箭五星发射,成为新一代家族中率先跨进“三发”关口的火箭。

 

一共三次发射,每次相隔两年,这次变化最大。

 

此次发射,长征六号火箭将5颗卫星一次性送到了不同于以往的低倾角圆轨道上,而在前两次发射中,长征六号都是把卫星送到太阳同步轨道上。可以说,发射需求的不同,决定了这枚火箭要做出不小的改变。

 

首先从轨道倾角来看。这次发射轨道高度高于前两次,且是长征六号火箭首次“征战”低倾角。要发射这个轨道倾角,火箭必须朝着东南方向飞行,鉴于此,长征六号做出了第一个改变:增加了一个起飞滚转功能。

 

长征六号采用的是快速发射模式,发射台较为简易。传统的发射塔架,状似楼宇,功能复杂,可以帮助火箭实现发射角度滚转。长征六号从发射车转移之后,一直到发射前,仅仅依靠一个简易发射架,并不能帮助其实现滚转,这使得火箭设计师只能从火箭本身寻求突破。

 

最终,设计师为其赋能,让它在飞起来后自己完成转身。事实证明,长征六号的这次转身很漂亮——一个颇大的角度,仅仅在32秒时间内完成。

 

往东南飞是东部沿海。火箭一子级结束使命后,有可能落到这片人口密集的繁华区域,为了避免此事发生,这枚火箭做出了第二个改变:让火箭的二子级减少了两吨推进剂。

 

这是因为二子级重量减轻后,火箭一子级可以将上边部分推得更远,也就意味着,火箭可以飞出东部沿海人口密集区,从而避免造成人员受伤和财产损失。据长征六号总体主任设计师王东保介绍,没减少推进剂前,一子级有落到江苏境内的风险,减少后的落区为黄海海域。

 

而为了进一步缩小一子级的落区范围,火箭做出了第三个改变:增加了一子级的横向导引功能。据设计师介绍,这与国内多型火箭当前正在尝试的栅格舵殊途同归,横向导引可以让火箭更精准地飞向预先设定的轨道,可以减小一子级的落区偏差。

 

其次,是火箭的有效载荷带来的改变。5颗卫星总重较大,此外还需要注意的是,这次发射有两点不同:一是轨道高了,二是推进剂少了,二子级减少了2吨。饭没吃饱,却要背着重量并不轻的包裹爬到更高的山上,并非易事。

 

这带来了这枚火箭的第四个改变:研发了新型复合材料发射筒。据长征六号产保经理李程刚介绍,以前的发射筒多为铝合金等金属材料,而现在由八院复材公司攻克新工艺研发的复合材料比强度更高,与之前相比,重量减轻了50%,但强度不会缩水,依然可以很好地完成任务。

 

5颗卫星载荷带来的火箭第五个变化是:发射筒造型更高级了,设计师称之为“双层壁挂式”发射筒。什么意思?发射筒即多星适配器,以前的发射筒是一节台子,卫星端坐在上边,星箭分离时,卫星沿着火箭前进的方向推出。而现在,5颗卫星像猴子一样分别挂在两层台子的侧边,底层台子挂3颗,上层台子挂2颗,分离时,卫星沿着火箭飞行90度角的方向弹出去。听着就很科幻。

 

沉寂了近两年之后,小六再次给人们带了惊喜,各项技术也更加成熟。未来,值得期待一个更好的“小六”。

 

长六的兄弟 呼之欲出

 

长六甲计划2020年底首飞 长六X垂直起降重复使用

 

长征六号火箭的定位是快速响应火箭,但与国内外绝大多数快速响应火箭不同的是,它采用液体燃料,而非固体燃料。作为先行者,它首尝液氧煤油,也因此踏出了国内无污染火箭的第一步。

 

很多人疑惑的是,长征六号的液体火箭会不会给其快速响应定位带来困扰。在燃料响应速度上,固体确实比液体更快,但物有两级,长六的液体燃料,也为其带来了显著优势。

 

显而易见的是,液体燃料燃烧效率更高,可以提供较大的运载能力。更进一步讲,由它支撑起的更大直径的火箭芯级,允许火箭配备更大容量的整流罩,这意味着火箭可以发射更大重量、更大体积的卫星,也为多星发射提供了良好的平台。在卫星种类频出、发射需求扩张的时代,这的确是一件好事。

 

更为重要的是,绕开燃料,长征六号采取了另外一种措施实现其“快速响应”的目的,那就是其国内首创且目前独家使用的液体火箭“三平测发”模式。平即水平躺着的状态,长六在厂房里进行水平测试,进行星罩组合体与箭体的水平对接,对接完之后经由发射车从厂房转场到发射区域,转场过程依然是水平状态。

 

“三平测发”让火箭发射场工作流程大大简化,进而具备快速响应能力。这正是长六“快”的秘诀——不是快在动力上,而是快在模式上。

 

一个即将到来的变化是,在2020年,长征六号将具备二次启动能力,这是一项相对成熟的技术,长征六号采用起来也不难,这项技术可以让长征六号运力更强。

 

自首飞以来,长征六号的改进型号已经处于紧锣密鼓的研制中。此前据报道,航天科技集团八院正在研制长征六号改运载火箭,采用两级半构型,液体芯级捆绑四枚固体助推器,预计于2020年底首飞。

 

据型号副总指挥李军证实,这型火箭确实已经完成立项,命名为长征六号甲,除了捆绑四个2米直径的固体助推器之外,其芯一级配备的液体发动机也将增加到两台,均为YF100液氧煤油发动机。

 

长征六号甲将是我国首枚固液结合新一代运载火箭,上一型固液结合的火箭,还是长征系列的鼻祖——长征一号。长征一号退役之后,我国再未进行固液结合运载火箭的尝试。如今,固液体动力在新一代长征火箭中再次联手,这个组合,将使长征六号甲具备执行多种轨道发射任务的能力。

 

“长六甲是长六改系列中的典型,后续,根据发动机和助推的不同排列组合,火箭将有望具备梯度发射能力。”李军说。

 

除了长征六号甲,长征六号火箭另一型已经立项的改进型号为长六X,它将验证垂直起降技术,在一子级完成任务后,实现垂直返回,进而重复利用。

 

越来越浓的商业味儿

 

明年将发射阿根廷大单 与国内多家商业公司完成签约

 

去年,长征六号首次迎来国际大单。南美国家阿根廷绕开美国,与中国航天科集团所属中国长城工业总公司签署合同,计划发射90枚名为NewSat的小型遥感卫星,以创建一个地球观测星座。

 

阿根廷方面表示,这些卫星的发射任务将交由长征六号运载火箭执行。

 

据长征六号火箭总体副主任师余延生介绍,计划明年年中迎来这项90颗卫星订单的第一发——用长征六号火箭将首批13颗卫星送上轨道。他同时表示,在90颗卫星的发射任务中,长征六号将至少执行五次发射。

 

来自阿根廷的订单是长六迄今为止最大的商业订单,但并不是第一单,在2017年长六第二次发射时,将3颗“吉林一号”视频卫星送至预定轨道,标志着长征六号正式揭开了商业发射序幕。

 

在商业航天方面,长征六号努力走得更远。长征六号执行经理丁秀峰介绍,针对当前日益增长的商业发射需求,长征六号可为卫星配套多种标准化、通用化、产品化和系列化的星箭分离装置,也可为国内外商业用户提供“专车、拼车、顺风车”等多种灵活的服务模式。

 

余延生介绍,长征六号火箭将定期推出典型的太阳同步轨道拼车服务。“拼车是最难的。”他说,专车是当前最常见的形式,顺风车就是搭载,主从关系很明显,搭载星必须无条件服从主星,拼车则有显著不同。

 

在一个“拼车局”里,各方具有同等的权利,这对火箭来讲,技术风险大,协调量大,困难程度增加。这好比以前只需要协调一个甲方,现在要同时协调多个甲方,而且每个甲方都是上帝,每家的要求必须满足,而这些需求往往需要靠技术实现,对设计师和研制方来讲,无疑是一种考验。

 

除此之外,长征六号去任务化工作推进得很扎实,所谓的去任务化即加强火箭的通用性和适应性,将火箭中与卫星无关的部分先设计好,任务来后,可以采用模块化方式,实现快速履约,快速承接任务。举例来说,当前长六型号队伍设计出了不同的星箭分离产品,可以满足不同任务需求,减少了设计周折,给用户更多选择,也给自己提供了方便。

 

困难有,但也反映出长征六号在商业道路上走得越来越远。

 

据长征六号火箭总指挥、总设计师张卫东介绍,当前长征六号火箭已经与国内多家商业公司完成签约。

 

可以预见的是,未来,长征六号火箭将告别两年一发的长时间“待机”状态,迎来一个高频次发射时期。长征六号的商业属性,展现得越来越明显了。


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