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逃逸系统由低空和高空两种发动机组成,低空发动机也叫逃逸塔,在飞船的顶部,塔高8米,从远处看像是火箭上的避雷针。高空发动机安装在整流罩上。逃逸系统的任务是在火箭起飞前900秒到起飞后120秒时间段内,也就是飞行高度在0千米至39千米时,万一火箭发生故障,它可以拽着轨道舱和返回舱与火箭分离,并降落在安全地带,帮助飞船上的航天员脱离险境。
逃逸系统的构成非常复杂,由五种固体发动机、整流罩的上半部分、支撑机构、栅格翼及其释放机构以及灭火装置等组成,它必须与其它正常飞行时所使用的系统协同工作才能完成逃逸任务。五种发动机分别是逃逸主发动机、分离发动机、偏航俯仰发动机、高空逃逸发动机和高空分离发动机。前三种负责39千米高度以下也就是火箭从点火到飞行120秒时的逃逸工作,后两种在39至110千米高度内即火箭飞到120秒至200秒时发挥作用。
细心的人看过逃逸塔后都会发现,逃逸发动机的外形很特别,喷管弯弯的,挂在发动机的外壁,和别的火箭发机喷管都不一样,形状复杂,而最关键的是发动机工作环境苛刻,瞬时承受的力非常大。要求绝热材料和工艺方面都要无可挑剔。经过无数个日日夜夜的攻关,在1998年逃逸系统测试时,火箭腾空而起,尾部的低空逃逸发动机4个喷管与分离发动机的8个喷管在不同的部位喷射出耀眼而奇丽的火焰。飞行到1.9千米高空时,飞船返回舱与逃逸飞行器分离,降落伞开伞……逃逸发动机干净利落地完成了程序所规定的所有动作。试验获得圆满成功,为我国载人航天工程的顺利推进奠定了重要基础。
扫描故障检测处理系统
故检系统全称为故障检测处理系统,它相当于给火箭安上了自我诊断器。它的任务是从火箭点火前,故障检测处理系统通过检测火箭的重要飞行参数,按事先确定的判据自动进行火箭故障判别,当发现故障时向火箭有关系统和飞船发出逃逸指令和中止飞行指令。逃逸系统接到来自故障检测处理器或者是地面发出的逃逸指令后,迅速将飞船的返回舱和轨道舱带离危险区,并利用飞船的返回着陆系统完成逃逸救生任务。
故险系统的工作程序是:从射前30分钟开始到上升段火箭/飞船分离前检测火箭的重点参数,进行数据计算判断;当火箭出现故障时,发出报警信号,根据故障模式自动发出逃逸指令和中止飞行指令;根据不同逃逸模式执行相应逃逸程序;正常飞行时,还要成为抛逃逸塔功能的备份系统。
对故险系统而言,其最大的难点是必须确保防止误逃和漏逃。火箭没问题,故险系统如果判断不准,发出逃逸指令和中止飞行指令;虽然航天员生命是保住了,但整个飞行却失败了;火箭出了故障,故检系统没检验出来,未能发出逃逸指令,则不仅船箭俱毁,更严重的是会夺去航天员宝贵的生命。两种情况都会给载人飞行造成严重后果。因此,设计软件时,在确定故障判别参数及逃逸门限值上必须做到有效和准确。增加故险系统相当于给火箭装上一个“诊断器”。对于长征火箭的研制者来说,这是一个全新的系统。一个未知的领域。
要使航天员安全逃生,第一必须检测出火箭发生的异常,第二必须将故障信号发出,第三要安全准确地给逃逸飞行器点火。科技人员经过反复研究讨论,最终确定箭上设备包括故障检测处理器、指令控制器、逃逸程序控制器、火工品配电器和电池。这些都是硬件,相对来说还算是容易一些,最难的是“软件”,即究竟检测哪些参数及如何判据。
火箭的参数有很多,有姿态的、箱体压力的、发动机的等等。参数用得少了,信息量不够;用得多了,又增加了判据的难度。每一参数都暗含着“用还是不用”,这又好比是莎士比亚的“生存还是死亡”式的难题。经过反复分析、比较,最后确定选用主要包括火箭的综合性能,如飞行的姿态、加速度;火箭各级之间分离参数等十几个参数。选定参数后,必须掌握火箭有哪些故障模式,怎样来判断。科研人员列出了300多个故障模式,经过模拟火箭的整个运动过程,火箭内部的各系统参数都通过系统检测出来,并通过分析参数变化,检测出火箭故障。经过几年的大量分析试验,最终确定了11个故障模式作为故检系统的判断依据。
在故检系统中,软件的作用至关重要。从故检系统初样设计开始,科研人员就不断地致力于软件的改进和完善。他们按照软件工程化的要求,从需求分析到结构设计直至程序编码,每一步都严格按程序进行,语句和每个分支都经过100%的充分测试。经过努力,终于实现了运载火箭在待发段和上升段发生故障时,能自检测、自诊断,发出故障信息给逃逸系统,并实施自动逃逸和地面指令逃逸的设计目标,使这一技术达到了国际先进水平。(杨建)
金牌发动机
发动机被誉为火箭的心脏,它是航天器问鼎太空的力量之源,承担着为航天器提供动力的核心工作,是航天器执行任务的前提。对于载人火箭来说,发动机的可靠与安全,具有决定性的意义。
长征二号F运载火箭的发动机虽然从外形上看,与它的前身------长二捆火箭发动机差别不大,但从内在性能方面进行了大量重要的改进。从载人航天的特殊要求考虑,发动机可靠性和安全性有了相当大的提高,另外发动机的生产水平和质量稳定性也平稳增长。组成长二F火箭发动机的零部件千千万万,改进的措施大大小小,达几十项之多。
特别是在对发动机的涡轮泵的研制过程中,技术人员从涡轮泵的材料、设计结构和加工方法三方面进行了改进,使发动机的可靠性提高了一大步。
载人航天的特点之一是要极大地保障安全性,钝感电爆管就是体现安全性的一个器件。非钝感的电爆管极为敏感,哪怕一点点静电荷也会让它误爆,造成意外点火。在航天的历史上,小小的电爆管曾多次酿成大祸。而钝感电爆管需要长时间、大电流才能起爆,因此一般不容易发生误爆事件,被称为安全电爆管。通过大量的技术论证,工程技术人员对电爆管的结构进行的改进,保证了发动机的可靠性。
长二F火箭发动机的许多设计,都进行了多项改进、可靠性增长试验,经过改进---试验----再改进----再试验的反复过程,使发动机的水平有了显著提高,满足了载人航天的要求,被誉为金牌发动机。神舟飞船连同英雄的航天员,被长二F火箭发动机的神奇力量推向太空,实现了中华民族千年飞天之梦。