12月16日，我國(guó)在文昌航天發(fā)射場(chǎng)使用長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭/遠(yuǎn)征二號(hào)上面級(jí)，成功將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)低軌01組衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿(mǎn)成功。這也是時(shí)隔8年，長(zhǎng)五系列火箭與遠(yuǎn)征上面級(jí)的再度攜手。

這次任務(wù)的復(fù)雜性不容小覷，原因在于需部署的衛(wèi)星“兄弟們”個(gè)個(gè)體量龐大，是一組“重量級(jí)”的衛(wèi)星，這無(wú)疑給星箭分離中如何讓衛(wèi)星“安全平穩(wěn)下車(chē)”等方面帶來(lái)了諸多前所未有的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)師們通過(guò)精心規(guī)劃分離方案、設(shè)計(jì)衛(wèi)星釋放機(jī)制等，將細(xì)致入微的保護(hù)理念深植于每一項(xiàng)設(shè)計(jì)之中。

挑戰(zhàn)一

既要大力，又要輕柔

乘客

“兄弟們”有點(diǎn)重，還能一起“坐車(chē)”去太空探險(xiǎn)嗎？

長(zhǎng)五B

沒(méi)問(wèn)題！我可是個(gè)大力士，再叫上遠(yuǎn)征兄弟一起，幫你們安排妥妥的。

乘客

還有個(gè)問(wèn)題，我們很嬌嫩怕顛簸，你們“車(chē)況”穩(wěn)不穩(wěn)？

長(zhǎng)五B

有點(diǎn)難度，但沒(méi)問(wèn)題，雖然我們力氣大，但一定給你們最溫柔的守護(hù)。

這次任務(wù)中，遠(yuǎn)征二號(hào)上面級(jí)的體量和“乘客”的重量、體積都很大，使火箭和上面級(jí)的連接載荷顯著增大，為了確保連接的穩(wěn)固，設(shè)計(jì)師采取了更大力氣的爆炸螺栓，但級(jí)箭分離時(shí)的沖擊反而減小了。

背后的秘密在于，本次的爆炸螺栓分離方案中有一個(gè)溫柔的“內(nèi)芯”——點(diǎn)陣緩沖裝置，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)分離沖擊的抑制。在分離瞬間，“給出”了一個(gè)溫柔而堅(jiān)定的擁抱，將沖擊妥善控制和釋放，讓分離過(guò)程變得柔和起來(lái)。

同時(shí)，該裝置還具備捕獲功能，可以省去常規(guī)爆炸螺栓需要額外設(shè)備收集分離螺桿的步驟。

Q

“內(nèi)芯”的設(shè)計(jì)

中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院趙宇輝介紹，裝置外表看著就像一個(gè)蜂窩狀圓柱體，由一個(gè)個(gè)內(nèi)凹六邊形胞元組成，結(jié)構(gòu)壁厚僅0.5毫米，在保持性能的同時(shí)，減輕了重量。

“裝置采用3D打印技術(shù)一體成型，其中，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的胞元設(shè)計(jì)與質(zhì)量一致性控制最具難度，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了很多輪仿真計(jì)算與工藝試驗(yàn)，最終確定結(jié)構(gòu)參數(shù)，將爆炸螺栓分離沖擊降低了一半以上。”后續(xù)，這一創(chuàng)新還可為其他分離產(chǎn)品提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

挑戰(zhàn)二

既要同時(shí)“下車(chē)”

又不能在站點(diǎn)相遇

乘客

我們“下車(chē)”地點(diǎn)不一致，會(huì)不會(huì)發(fā)生擁擠和碰撞？

長(zhǎng)五B與遠(yuǎn)征上面級(jí)

不會(huì)，一定讓你們安全到站。

衛(wèi)星“兄弟們”不僅重量大，且各自的分離點(diǎn)亦有所不同，這無(wú)疑加劇了分離過(guò)程中的復(fù)雜性和潛在風(fēng)險(xiǎn)。

為確保每位“乘客”都能安全到站，火箭設(shè)計(jì)師們精心規(guī)劃了分離方案。

Q

“乘客”的“落座”方案

具體而言，該方案采用了側(cè)掛式雙層布局作為衛(wèi)星“兄弟們”的“落座”設(shè)計(jì)，恰似一輛精心設(shè)計(jì)的“雙層巴士”。這輛“雙層巴士”由上下兩層中心承力筒組成，每層周向均勻布置側(cè)掛“座位”；經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的剛度優(yōu)化等設(shè)計(jì)，讓每位“乘客”都能坐得又穩(wěn)又舒服。

Q

“乘客”的“下車(chē)”方式

在分離階段，“乘客”被分為兩組先后“下車(chē)”，每組“乘客”同時(shí)分離。首組“乘客”離開(kāi)后，遠(yuǎn)征二號(hào)上面級(jí)隨即進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，旋轉(zhuǎn)至特定角度，為下一組“乘客”的分離創(chuàng)造有利條件。

星箭分離作為飛行任務(wù)中的核心環(huán)節(jié)，其風(fēng)險(xiǎn)性極高。尤其是當(dāng)衛(wèi)星數(shù)量眾多時(shí)，分離出去后在軌道飛行發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。

火箭院張新宇介紹，在分離動(dòng)作設(shè)計(jì)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)不僅要考慮分離瞬間的“相遇”風(fēng)險(xiǎn)，還需要預(yù)判衛(wèi)星沿著軌道飛行過(guò)程中可能發(fā)生的碰撞情況，確保近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的安全性均得到充分考量。為此，團(tuán)隊(duì)把兩組衛(wèi)星和上面級(jí)分離的時(shí)間和姿態(tài)進(jìn)行了多輪迭代優(yōu)化，并開(kāi)展了詳盡的仿真分析，最終確定了這一創(chuàng)新的“下車(chē)”方式和其中的關(guān)鍵參數(shù)。

同時(shí)，為了提升衛(wèi)星在分離過(guò)程中的穩(wěn)定性與舒適度，設(shè)計(jì)師們還通過(guò)降沖擊孔、增加緩沖面等方式，成功將分離時(shí)的沖擊力降低了30%，確保衛(wèi)星能夠有序且平穩(wěn)地完成“下車(chē)”動(dòng)作，為后續(xù)任務(wù)的順利開(kāi)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

正如花開(kāi)見(jiàn)證風(fēng)的溫柔一樣，那么現(xiàn)在，你是否也能感受到隱藏在技術(shù)背后火箭的那份溫柔？未來(lái)，火箭設(shè)計(jì)師們將繼續(xù)探索創(chuàng)新，為“乘客”提供更加細(xì)膩、周到的呵護(hù)，以更舒適、更安全的步伐邁向更加遙遠(yuǎn)的宇宙深處，書(shū)寫(xiě)更多太空傳奇。

來(lái)源: 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院