李会超:长七改型发射失利 成长必须付出的代价-模块化-长七改型

李会超:长七改型发射失利 成长必须付出的代价|模块化|长七改型
原标题:李会超:长七改型发射失利,生长有必要支付的价值  3月16日夜,海南传来了让人扼腕的音讯:长征七号改型火箭发射遭受失利。  前不久,长征五号遥三火箭刚刚将长五遥二火箭发射失利带来的阴霾一扫而空,而长征七号改型火箭的失利却又将让航天技能人员们进入艰苦的归零进程。  失利是谁都不肯看到的。但是,从国内外火箭的研制和运用情况看,发射失利却又是不可防止的。发射失利最有或许呈现在类型研制的前期,但在若干次成功飞翔后也有或许呈现,能够说是火箭生长中的烦恼。  模块化的新一代火箭  长征七号火箭在2016年成功首飞后,2017年4月又将天舟一号货运飞船成功送入太空。在这两次火箭飞翔进程中,长征七号火箭都是将载荷送入间隔地球几百公里的低地球(LEO)轨迹中。而依据现在能够得到的图片,本次发射的长征七号火箭看起来比之前两次愈加细长。依据火箭的一般规划原理和网络上撒播的信息看,这次火箭和长征七号前两次飞翔所运用的构型不同。火箭变长的原因应该是添加了第三级,以发射进入同步搬运(GTO)轨迹或更高轨迹的载荷。网传长征七号改火箭的外观,比之前运用的长征七号火箭要稍长一些  假如将火箭规划成仅有一级的结构,从起飞到完毕作业都是一个全体,那么也就没有一二级、二三级别离这样的作业,火箭的飞翔进程看起来就要简略不少。但是,俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基在1903年提出的齐奥尔科夫斯基公式从理论上否定了这种“捷径”的可行性。在这个公式中,火箭在作业期间所取得的速度增量与发动机开端作业时的火箭总重m0和发动机完毕作业时的总重m1相关,m0/m1的比值越大,火箭就能取得越大的速度增量。  所以,火箭规划师们提出了多级火箭的解决计划。经过不断将完结作业的部分扔掉,火箭m0/m1的比值将不断改变,火箭得以被“接力”加快,终究到达抱负的入轨速度。运用多少级完结终究的入轨,依据载荷的轨迹和火箭运用的发动机类型等要素决议。一般来说,发射的航天器需求进入的轨迹越高,火箭也就需求运用越多的子级。关于长征七号而言,前两次发射运用的根本型用于施行近地轨迹发射使命,选用两级构型。而当进行更高轨迹的发射使命时,则需求添加一级。长征三号乙运载火箭飞翔进程。来历:长城工业公司  以长征五号和长征七号为代表的我国新一代运载火箭,极大的提升了我国火箭的最大运载才干。例如,GTO轨迹的运载才干,以往功能最好的长三乙火箭为5.5吨,而长征五号根本型的GTO运载才干则可达14吨。  但现在航天器的开展呈现出多样化的态势,并非一切的航天器都需求这么大的运载才干。因而,新一代运载火箭在规划时,选用了模块化、通用化的规划思路。经过5米、3.35米和2.25米三种根本模块单元,就能够组合出不同类型的火箭构型。在新一代火箭的三个类型中,芯级运用5米模块的为长征五号,芯级运用3.35米模块的为长征七号,芯级运用2.25米模块的为长征六号。长征五号的根本型助推器,运用3.35米模块,能够看做是长征七号的榜首级稍加改动而构成的。而长征七号根本型助推器的2.25米模块,则与长征六号的2.25米芯级根本相同。新一代火箭模块化组合示意图,摘自《我国运载火箭技能的成就与展望》一文  运用这种灵敏的组合方法,每种类型又能够改变出多种构型。以长征七号为例,其助推器有2.25米液体模块和2米固体模块可选,第二级的动力装备有多种计划可选,还能够视需求添加第三级或上面级。依据揭露文献报导,仅长征七号可选的构型就多达16种,本次首飞的这种4个2.25米助推器+氢氧第三级的构型,GTO运载才干可达7吨。在这种构型的基础上,假如削减助推器,则可减小GTO运载才干。在这种灵敏的组合下,由长征五号、长征六号、长征七号组成的新一代火箭能够构成GTO运载才干1.8吨-14吨,LEO运载才干1.2吨-25吨的掩盖,然后能够习惯不同航天器的需求,在技能状况安稳后根本能够代替上一代长征火箭。 不同构型的长征七号火箭GTO轨迹运载才干,摘自《我国新一代中型运载火箭的开展展望》  生长的烦恼  除了广为人知的载人航天事端外,美国在卫星发射范畴也经历过一段漆黑的时间。在1998-1999年间的8个月中,连续发作了6次火箭发射失利,导致价值数十亿美元的卫星被毁。发射失利的火箭,既有其时的新式火箭Delta III型,又有比较老练的Titan IV型。其间,一枚Titan IV型火箭未能将Milstar 2军用卫星送入正确的轨迹,导致了12.3亿美元的丢失,创下了美国其时单次发射失利丢失的新纪录。  火箭是一种反常杂乱的工业品,很多精细部件有必要协同正常作业才干保证飞翔正常。一起,航天发射的流程又是“一锤子买卖”,火箭一旦脱离发射塔,接下来的一切飞翔环节有必要都正常完结,哪一个环节呈现大的差池都会导致发射失利。轿车呈现毛病时,能够停在路旁边等候修补,飞机呈现毛病时,能够寻求备降,但火箭却没有这种停下来等候修补完结后持续上路的时机。 发射天鹅座货运飞船的“安塔瑞斯”火箭发射后爆破  一般来说,在一型火箭研制的前期,更简单呈现毛病。例如,欧洲的主力火箭阿丽亚娜5型,首发失利,第二发又部分失利。我国的长征二号、长征三号火箭的榜首次飞翔,也都未能取得成功。跟着飞翔次数的添加、相关实测飞翔数据的不断搜集,技能人员会对火箭或许存在的缺点进行改善,火箭的可靠性会逐步提高。  但也有一些躲藏的规划缺点或质量问题会在火箭生命周期的某一时段呈现。前文说到的Titan IV火箭三连败,是在这型火箭第25-27次飞翔。而现在SpaceX的主力类型猎鹰9型火箭,则在第19次发射中发作爆破事端,丢失了一艘向国际空间站补给货品的龙飞船。此外,2016年猎鹰9还在地上的静态焚烧实验中发作星箭俱毁的爆破事端。 在地上静态焚烧实验中爆破的猎鹰9号火箭  如此看来,发射失利或许是火箭规划和运用进程中必经的生长的烦恼,尽管咱们感情上十分不肯意看到失利的发作,但客观上火箭的可靠性永久无法到达100%。假如持续运用老练的火箭,必定程度上也能够防止失利的呈现,但这是以束缚住自己的才干为价值的。为了今后咱们能走的更高更远,接受失利所带来的金钱和感情上的丢失,或许也是生长一切必要支付的价值。  [文/观察者网专栏作者 李会超]