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纳兰容若

自在飞花轻似梦,无边丝雨细如愁

 
 
 

日志

 
 

长征六号"一箭多星"创新纪录 展示中国分导技术  

2015-09-28 19:12:42|  分类: 【中国航天】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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纳兰容若 - 网易博客

    2015年9月20日7时01分,我国新型运载火箭长征六号在太原卫星发射中心点火发射,成功将20颗微小卫星送入太空。此次发射任务圆满成功,不仅标志着我国长征系列运载火箭家族再添新成员,而且创造了中国航天一箭多星发射的新纪录。

 

    2015年9月20日早晨,中国新一代轻型液体运载火箭长征六号,在太原卫星发射中心首次发射成功,一次将20颗卫星送入距离地球524公里高度的太阳同步轨道,创造了新的亚洲记录。自从1970年4月24日,我国用长征一号火箭将“东方红一号”卫星送入太空以来,中国已经研制了11种型号的火箭,从长征一号到长征十一号,先后实现了200多次发射,成功率达到96%,是世界具有外太空发射能力的火箭发射成功率最高的国家。中国已经成为世界在轨卫星数量第二多的国家,目前美国在轨道上拥有大约400颗各种用途的卫星,中国总计140颗,俄罗斯只有134颗。俄计划到2023年前建设国家空间站,2025年前在轨卫星数量增加到181颗。而中国在未来年内将完成50次发射,至2020年在轨航天器数量将超过200颗,年均发射数量达到30次左右。如此高密度发射背后彰显的是中国卫星应用和宇航活动的强大能力。


  长征六号长29.3米,起飞重量103吨。长征六号所使用的液氧煤油发动机,技术基础来自长征五号巨型火箭,也属于首次飞行试验,该发动机无毒无污染,技术上是一个质的飞跃。发射载荷包括:浙江大学皮星二号A/B(ZDPS-2A/2B)、清华大学3颗卫星(包括西电空间实验一号皮卫星)、国防科技大学天拓三号(TT-3)、手机卫星(CAS-3I)和XX星4颗、哈尔滨工业大学紫丁香二号、深圳东方红海特开拓一号卫星和DCBB(CAS-3G)、航天东方红希望二号2A- 2F(CAS3A-3F)。

  这20颗卫星中,有11颗属于军事应用卫星,9颗民用卫星。次级载荷的国防科技大学天拓三号微纳卫星比较有特色,由6颗卫星组成。一颗20公斤级主星,一颗1公斤级智能号手机卫星,四颗0.1公斤级的星辰号卫星,实现组网集群飞行。

  此次长征六号搭载的卫星品种较多,都是微小型卫星,重量从100公斤到几百克不等,主要用于空间应用与测量、新技术验证、新的航天器件验证。在火箭上面级的舱内,这20颗卫星采用金字塔式分列三层排列,最底层安放5颗卫星,中间层是4颗主卫星,最上层是1颗卫星,在卫星与火箭分离后,其中多颗卫星再分别释放出子星。长征六号的一箭多星发射采用了“灵巧末级”及“多星轨道周期控制方法”技术,可防止大量卫星在释放时星箭和星星间的碰撞,提高分导入轨的精度。


  航天发射一箭多星技术,是衡量一个国家航天和导弹技术的重要标志。

    世界上掌握“一箭多星”技术的只有五个国家(地区),按照时间顺序分别为美国、俄罗斯、欧盟、中国和印度。在一箭多星数量的记录上,各国都有过激烈争夺。2013年11月19日,美国用一枚火箭成功的将29颗卫星送入太空,从而创造了新的一箭多星世界纪录。然而令美国沮丧的是,这个记录仅仅保持了2天,11月21日,俄罗斯用一枚由RS-20洲际弹道导弹(北约代号SS-18“撒旦”)改造而来“第聂伯河”(Dnepr)运载火箭,将多个国家各种用途的32颗卫星送入轨道。

  在2015年9月20日早晨之前,一箭多星的亚洲记录由印度人保持,这也是印度引以自豪的国家骄傲之一,也是印度在宇航领域纸面上超过中国的少数记录。从1975年印度首次成功发射第一颗人造卫星“阿里巴哈塔号”以来,共进行过三次一箭多星发射,其中2008年印度以成功发射“一箭十星”而轰动了整个国际社会,创造亚洲记录,并成为世界上少数几个能够实施“一箭十星”发射的国家之一。2009年印度一箭七星,2013年再次一箭七星,标志着印度卫星分离技术的突破。


  中国在上世纪八十年代就掌握了一箭多星技术,1981年9月20日,中国用“风暴一号”运载火箭同时发射了三颗技术试验卫星,初步掌握“一箭多星”发射技术。中国还在后续的多次卫星发射时,多次采用“一箭多星”技术,“风云”、“实践”、“资源”、“环境”等系列40多颗卫星都是通过“一箭多星”的方式发射进入太空。太原卫星发射中心还先后6次将12颗美国“铱”星送入预定轨道。2013年4月26日,中国在酒泉卫星发射中心成功发射首颗“高分一号”卫星,同时还成功搭载两个荷兰卫星和三颗分别由厄瓜多尔、阿根廷和土耳其研制的小卫星。这表明中国在一箭多星发射领域的成熟。

  拥有一箭多星发射能力,意味这个国家在理论上能够实现弹道导弹多弹头分导技术,中国在上世纪90年代末实现了“分导式”多弹头技术,使用经过改装的“东风-5B”型洲际弹道导弹。据外电报道,在9月3日举行的纪念抗日战争胜利70周年阅兵式上,中国公开展出的东风-5B洲际导弹就属于多弹头分导式弹道导弹,东风-5B是在1986年定型的东风-5战略导弹的基础上改进而来,2006年完成试射并实现导弹井部署,射程15000公里,具有携带5~10枚59万吨TNT当量分导式核弹头的能力。

  此外在1990年中国就在一次执行卫星发射任务时,采用“一箭多星”技术将一颗气象卫星和两颗用于大气观测的气球卫星送入太空,这表明中国有可能掌握了洲际弹道导弹诱饵弹技术,因为弹道导弹诱饵通常就是一颗充气的气球卫星。


  拥有一箭多星技术,并不表明这个国家一定就拥有分导式多弹头弹道导弹。印度极力炫耀的“一箭多星”技术,是一种“集束式”的多星发射技术,只能把卫星同时发射到同一近似轨道上,这种技术只是充分利用运载火箭的运载能力,减少卫星发射成本,其技术含量较低。相当于用一枚火箭向近似统一高度的轨道上扔了一麻袋土豆。印度在2008年首次一箭多星任务至今已有7年,从没在其烈火弹道导弹上试验过分导式多弹头,这说明印度目前并不具备导弹的分导技术。弹道导弹的分导技术要比一箭多星火箭技术困难得多。比较低级的多弹头分导技术,是导弹在同一时间释放多个弹头,以同一轨道打击同一个目标;而真正意义的多弹头分导技术,需要导弹的战斗部以不同的顺序和弹道,释放多个弹头,打击多个目标,这对导弹战斗部和弹头的姿态控制要求很高。目前只有美国、俄罗斯、中国完全具备分导式多弹头打击多个目标的能力。

  中国在一箭多星技术上非常成熟,除了各型火箭所使用的专用上面级,还自行研制了很具有中国特色的通用上面级——远征一号,2015年7月25日,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙/远征一号运载火箭成功将2颗北斗卫星发射升空,三个半小时后,远征一号上面级将2颗卫星分别送入轨道。国产“远征一号”多星发射上面级,可以执行中低轨道的多星异轨部署,以及星座组网补网部署等任务,在轨飞行时间长达48小时,主发动机具有20次以上的重复启动能力,最多可一次性将10颗以上卫星发射至不同轨道,大大提高了现役火箭的发射能力。所以,长征六号一箭二十星打破印度保持的“一箭十星”亚洲记录,并没有什么太多的技术含量,它只是中国成熟卫星技术的其中一项。在一箭多星的数量记录上,我们也没有必要因为超过印度而欢呼鼓舞,因为长征六号携带众多小型卫星只是为了减低发射成本,充分利用火箭载荷。


  相对来说,将于2015年下半年发射的长征十一号火箭才是应该最令人关注的,这是一枚以“民用灾害应急监测和抢险救灾”名义发射的快速反应火箭,采用固体火箭发动机,具有24小时内发射卫星的快速反应能力。

    长征十一号运载火箭系统由固体运载火箭、发射支持系统组成,一级采用中国最大规模和推力的固体火箭发动机,具有可整体贮存、操作简单、发射成本低、发射周期短的特性,最大优势是“快速、便捷、灵活”,可实现卫星快速组网和补网,能很好地满足自然灾害、突发事件等应急发射需求。


  长征十一号火箭与军用的“快舟”小型固体运载火箭类似,只是快舟的集成化程度更高。快舟一号采用国际首创的星箭一体化技术,是我国首个具有快速集成、快速入轨、栅格翼舵面等创新特点的小型固体运载火箭,2013年9月25号中午12点发射成功后,9月26日卫星就发回图片,公开版卫星照片的地面分辨率达1.2米,可以满足战术侦察需求。

    在这之后中国官方媒体开始陆续披露快舟一号星箭结合作战系统。


  快舟火箭是世界首个星箭一体小型运载火箭,以一车一箭的车载机动发射方式。

    2014年11月21日,中国又将“快舟二号”卫星发射升空。这标志着中国太空快速相应作战体系的成熟。

    “快舟”小型运载火箭是我国研制的新一代太空快速响应作战系统的一部分,目前世界上仅有中美两国正在研制类似的系统,太空快速响应作战系统主要用于快速发射卫星或反卫星武器。两次快舟发射成功标志着中国抢在美国之前,成为首个完整发射卫星-火箭一体化快速应急空间飞行器试验的国家,具有重要的战略意义。


  综上,长征六号一箭多星发射,完全是中国强大而成熟航天技术的一个小小展示,这可能对印度人刺激很大,但对于中国航天来说,没有什么值得夸耀的,我们航天技术真正的跨越,要看明年(2016年)——长征五号重型火箭的首次发射!

    这是我国全新研制的、目前运载能力最大的新一代运载火箭,具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力,能够将我国进入空间的能力提升2.5倍以上。该火箭计划在2016年进行首次飞行试验,让全世界翘首以待!


纳兰容若 - 网易博客

长征六号发动机世界先进  中国航天进环保时代

 

    地处西安航天基地的中国航天科技集团六院研制的液氧煤油发动机,填补了中国补燃循环发动机的技术空白,使中国航天动力进入绿色环保新时代。中国成为继前苏联之后第二个掌握高压补燃循环液氧煤油发动机技术的国家,同时,长征六号也开创了中国发动机领域的多个第一。


航天新动力:“新”在哪里

一是新在廉价环保。

绿色环保是液氧煤油发动机的一大特点,实现了中国火箭动力从常规至绿色无毒的巨大跨越。

在新一代发动机研究之初,就决定选择无毒的液氧和烃类推进剂,研制人员通过比较煤油、甲烷和丙烷等几种推进剂,确定了代表技术发展趋势的液氧煤油作为推进剂。然而,火箭“喝”的煤油不同于一般的煤油,具有密度大、热值高等特点,经过努力,中国研制出了国产的火箭煤油。同时,液氧煤油发动机推进剂具有来源广泛、价格低廉的优点,平均价格比现役火箭的推进剂低一个数量级。以发射神舟飞船的CZ-2F火箭为例,如果采用液氧煤油,每次发射可节约推进剂费用上千万元。


二是新在集多项新技术于一身。

液氧煤油发动机突破了高压补燃关键技术80余项,其中,最为突出的是以下7项新技术:

先进的补燃循环技术:液氧煤油发动机采用补燃循环是一种闭式循环,可以使全部推进剂的化学能得到充分释放,提高了发动机的性能。所谓补燃循环,是燃气经涡轮做功后进入燃烧室进行二次燃烧(补燃),从而更充分地利用推进剂的能量。相对发生气循环来说,补燃循环方式的综合效率更高,但结构较为复杂,设计难度大。

先进的自身起动技术:补燃发动机首先要解决自身起动这一难题。中国以往的发动机需要依靠专门的火药起动器等装置,而液氧煤油发动机实现了自身起动,二者的差距如同将老式的手摇拖拉机改为了一拧钥匙即能启动的汽车。

大范围推力调节技术:为了提高运载火箭的性能和适应性,液氧煤油发动机具有大范围推力调节能力,如同自动档的汽车,可以实现无级变速。对于载人航天来说,通过推力调节可以有效降低火箭飞行中的加速度,提高航天员的舒适度,降低对航天员的体能要求,使普通人也有望遨游太空。

先进的高效燃烧技术:在空间很小的腔体内完成推进剂的高效燃烧,是液体火箭发动机技术诀窍。液氧煤油发动机燃烧腔体较小,而燃烧效率达到98%以上。

高压大功率的涡轮泵技术:涡轮泵是发动机的动力源泉,被称为发动机的心脏。液氧煤油发动机的泵产生的最高压强达到500个大气压,相当于把上海的海水打到5000米的青藏高原。

多次试车技术:液氧煤油发动机具有多次工作的能力,发动机生产出来后可以进行试车考核,通过“磨合”试验后重新校准、检查,合格后再交付使用,使发动机的精确度和可靠性得到保证。同时,可以在此技术基础上研制重复使用的发动机,使运载火箭能像实现天地往返的可重复飞行。

先进的试验技术:为了保证液氧煤油发动机的研制,中国航天科技集团公司六院建设了亚洲最大的火箭发动机试车台和大功率泵试验室,为中国研制载人登月重型运载火箭的大推力发动机奠定了基础。


三是新在用途广泛。

液氧煤油发动机可通过发动机台数的模块化组合,形成低轨道10-25吨、太阳同步轨道5-15吨、地球同步转移轨道6-13吨的运载能力,与国外最先进的“阿里安5”、“宇宙神5”、“德尔塔4”以及正在研制的“安加拉”运载火箭处于同一水平。

同时,液氧煤油发动机还能替换现役火箭发动机,不仅能实现现役火箭的绿色环保,还能大幅提升火箭的运载能力。以CZ-2F火箭为例,其下面级采用的常规推进剂8台发动机,运载能力约为9吨,如果换成液氧煤油发动机,只需要6台就能将运载能力提升到13.5吨。


四是新在促进技术发展。

液氧煤油发动机材料新,技术新,基于国内当时的工业基础,都无法找到相应的材料。

通过发动机的研制,中国突破并掌握了多项新工艺和新材料,研制开发了近50种新材料,突破了30多项关键工艺。


中国新高度,“高”在何处?

随着长征六号运载火箭一飞冲天,中国航天动力不仅进入了绿色无毒时代,也将中国航天动力推上了新高度。

长六火箭的动力系统,使用的是中国航天科技集团六院研制的两型液氧煤油发动机,在长六火箭一级采用了一台120吨液氧煤油发动机,在火箭二级,使用的是一台18吨液氧煤油发动机。中国现役火箭发动机的单台推力在70吨左右,120吨液氧煤油发动机的诞生,一举将中国火箭发动机单台推力提升了60%,这将极大提升中国进入空间的能力。

除了长六火箭以外,中国新一代运载火箭家族中的长征五号,长征七号也将使用120吨的液氧煤油发动机,“120吨级液氧煤油发动机的研制成功,将为我国载人航天工程、月球探测工程以及下一步深空探测工程奠定坚实的基础。”六院院长谭永华表示,“发展航天,动力先行,液氧煤油发动机将推动我国加快由航天大国迈向航天强国的步伐。”

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