2022年11月21日

搭載著神舟十五號載人飛船的

長征二號F遙十五運載火箭

(資料圖)

穩(wěn)穩(wěn)轉(zhuǎn)運至發(fā)射區(qū)

即將執(zhí)行空間站建造階段的

最后一次載人飛行任務(wù)

長征二號F遙十五運載火箭垂直轉(zhuǎn)運至發(fā)射區(qū)

作為中國航天史上技術(shù)最復(fù)雜的“航天員專列”，“神箭”長征二號F（以下簡稱“長二F”）運載火箭的每一次亮相，其可靠性和安全性都會再度提升。長二F運載火箭是在長征二號E運載火箭的基礎(chǔ)上，按照發(fā)射載人飛船的要求，以提高可靠性、確保安全性為目標研制的火箭，在長征二號E基礎(chǔ)上增加了逃逸系統(tǒng)和故障檢測處理系統(tǒng)，其可靠性指標從0.91提升至0.97，安全性指標達0.997，完成了普通運載火箭到載人運載火箭的跨越。

“神箭”長征二號F

自中國空間站建造以來，長征二號F運載火箭也迎來了高密度發(fā)射任務(wù)。為滿足空間站階段新的任務(wù)需求，長二F運載火箭不斷通過技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)計改進，其可靠性指標已由原來的0.97提升至0.98，安全性指標提升至0.99996，也就是火箭發(fā)射10萬次，才會有4次逃逸失敗的可能。在保障航天員安全方面，做到了比“萬無一失”更好，為空間站階段載人飛行任務(wù)的順利實施提供了有力保障。那么，長二F運載火箭的可靠性和安全性是如何提升的？

完善逃逸控制發(fā)動機點火時序

低空逃逸，特別是發(fā)射臺逃逸，是長二F運載火箭所有逃逸程序中最為復(fù)雜的一項。長二F運載火箭聯(lián)合飛船系統(tǒng)，針對歷史實測低空風場，對低空逃逸救生的影響進行了分析，發(fā)現(xiàn)在少量低空風的作用下，發(fā)射臺逃逸時存在返回艙落點距離發(fā)射點小于500米的情況，有可能造成返回艙重新落入故障火箭爆炸范圍內(nèi)，對航天員生命安全造成威脅。

發(fā)射臺逃逸控制發(fā)動機點火方向示意圖

為了進一步增加逃逸救生的可靠性，保證航天員的安全，針對有風情況下發(fā)射臺逃逸，科研人員提出了改變逃逸飛行器控制發(fā)動機點火策略，以提高對于低空風場的適應(yīng)性。根據(jù)分析結(jié)果，采取更改控制逃逸發(fā)動機點火策略、在射前決策控制發(fā)動機點火狀態(tài)的措施，可提高在低空風的作用下返回艙落點遠離危險區(qū)的概率。

全箭FMEA再分析

在優(yōu)化研制過程中，為了進一步提高火箭對故障的適應(yīng)性能力，消除薄弱環(huán)節(jié)，科研人員針對全箭各系統(tǒng)產(chǎn)品，尤其是新研產(chǎn)品重新開展了一輪故障模式及影響分析工作（簡稱“FMEA”），包括設(shè)計FMEA、工藝FMEA和軟件FMEA，覆蓋準備階段、發(fā)射階段、飛行階段和逃逸階段，查找薄弱環(huán)節(jié)，確認設(shè)計改進和使用補償措施的充分性和有效性；對于繼承前期或僅相對前期適應(yīng)性更改的產(chǎn)品，對其FMEA進行了復(fù)查、確認。

長征二號F遙十五運載火箭

通過針對所有故障模式制定有效措施，如設(shè)置強制檢驗點等，進一步降低全箭故障發(fā)生的概率，提升火箭可靠性。此次長二F遙十五運載火箭在提高可靠性方面進行了26項技術(shù)狀態(tài)變化和更改，如耗盡關(guān)機變換器，科研人員識別出個別器件存在單點失效模式，因而將相關(guān)器件進行了冗余改進。

全箭飛行時序鏈路分析

針對涉及控制系統(tǒng)、火工品、發(fā)動機等關(guān)鍵產(chǎn)品多，影響飛行成敗的點火、分離等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，科研人員開展了設(shè)計指標閉合檢查工作。針對點火-起飛、逃逸塔分離、助推器分離、級間分離、整流罩分離、船箭分離共6個正常飛行時序功能，4個逃逸程序和船箭應(yīng)急分離飛行時序功能，共11個關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展指標閉合性檢查。通過對火箭各系統(tǒng)射前地面工作流程和飛行時序的設(shè)計正確性，系統(tǒng)間時序動作協(xié)調(diào)匹配性，控制系統(tǒng)、火工品、發(fā)動機等重要產(chǎn)品的設(shè)計狀態(tài)、實際指標等重要因素進行復(fù)查確認，保證全箭飛行動作的穩(wěn)妥可靠。

優(yōu)化測試發(fā)射流程

在空間站階段，長二F運載火箭面臨新的挑戰(zhàn)。一是發(fā)射頻率增加。按照空間站長期有人照料的目標，每年需發(fā)射兩艘神舟飛船，半年執(zhí)行一次飛行任務(wù)，將航天員送入空間站，實現(xiàn)乘組輪換。二是新增應(yīng)急救援需求。為保證航天員在空間站工作期間的安全，當?？靠臻g站的載人飛船發(fā)生不能安全返回的故障時，地面啟動載人飛船應(yīng)急發(fā)射任務(wù)。因此，在航天員在空間站工作期間，長二F運載火箭采用了“發(fā)射一發(fā)，備份一發(fā)”的模式，兩發(fā)火箭輪流“站崗”?！爸蛋唷被鸺缃拥綉?yīng)急救援命令，可隨時實施應(yīng)急救援發(fā)射，保障航天員生命安全。

長征二號F遙十五運載火箭

基于“滾動備份”的發(fā)射模式，科研人員設(shè)計了“串行”和“并行”兩種測試發(fā)射流程，并在此基礎(chǔ)上，將兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，設(shè)計了“串并行”測試發(fā)射流程?！按⑿小蹦Ｊ娇杀取按小蹦Ｊ焦?jié)省7天時間，比“并行”模式僅多4天，不僅可以保證人力資源的高效利用，還可以兼顧整流罩線和逃逸塔線的工作，進一步提高發(fā)射場工作效率。

長二F運載火箭從研制至今，已陪伴中國載人航天走過三十年，是名副其實的“金牌老將”。對于載人運載火箭來說，航天員的生命安全是最重要的，為確保更高的可靠性和安全性，“神箭”的“自我提升”必將托舉著中國載人航天事業(yè)邁入新的階段！

預(yù)祝神舟十五號發(fā)射

取得圓滿成功！

關(guān)鍵詞： 運載火箭 發(fā)動機點火 的可靠性