火箭设计师详解“冰墩墩”托举问天实验舱奔赴中国空间站

本文转自:长江日报
长江日报大武汉客户端7月25日讯(驻京采访人员柯立 通讯员董佳莹)7月24日14:22在海南文昌航天发射场 , 由长征五号B遥三运载火箭(简称“长五B” , 昵称“胖五”)冲上云霄 , 成功将我国空间站建造阶段首个实验舱 , 也是我国迄今为止发射的最重载荷——问天实验舱发射至预定轨道 。
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长五B火箭总师李东对于“胖五”的“凡尔赛式”介绍冲上热搜 。中国运载火箭技术研究院总体设计部钱航告诉长江日报采访人员 , “胖五”成功托举“问天”奔赴中国空间站的“妙手” , 这些独门“武功” , 凝聚了中国运载火箭技术研究院(简称火箭院)科研人员的心血 , 展示了中国运载火箭的领先实力 。
“冰墩墩”穿“隔热汗衫”
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作为目前我国近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭 , 长五B火箭拥有长达20.5米的国内最大整流罩 , 近地轨道运载能力达到25吨级 。它托举2022年最“重”载荷——问天实验舱(约为23.2吨) , 演绎浪漫的“太空之吻” 。
大暑 , 一年中天气最热、湿气最重的节气 。这次问天实验舱的发射就在大暑次日 。
长五B“腰身”粗、“个头”大 , “肚子”里装满“深低温”液氧液氢燃料 , 占火箭体重的90%以上 , 堪称火箭家族中的“冰墩墩” 。
为穿越层层火线 , 其体内的液氧温度达到-183℃ , 液氢温度可达-253℃ , 已经接近-273.15℃的绝对零度 。
大暑时节 , 海南文昌乃低纬、高温、潮湿之地 , 低温推进剂加注后 , 火箭体表面的温度低 , 就会出现结露现象 , 箭体表面的冷凝水顺着箭体流下 , 这对箭体结构的防水提出了较大挑战 。
为此 , 周身冰冷的它在完成加注后要防止贮箱内部温度过高 , 因此采用隔热材料和工艺 , 在外层均设置了绝热层 , 就像披上了一身“隔热汗衫” , 保持箭体内外温差较大的情况下维持低温环境 。不但能够有效减小贮箱内部温度升高 , 同时可以有效缓解箭体外部冷凝水的产生 。
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火箭院结构系统指挥王乾解释了“隔热汗衫”的工作原理:“一方面 , 团队通过在整流罩内部设计排水罩和倒水孔 , 将舱内可能产生的水往外疏导;另一方面 , 在箭体的关键设备、电缆均采取防水措施 , 同时箭体部段间的对接面同样利用涂胶等手段进行封堵 , 防止外部水汽进入箭体内部 。”
执行发射任务前 , 约20层楼高、几百吨重的“冰墩墩”长五B要从总装厂房被转移到发射塔架 , 整个过程需要两三个小时才能完成 。为了避免“冰墩墩”被“热化了” , 设计人员为这个“巨无霸”设置了全程冷链运输 。
“如果不能保障全程冷链运输 , 金属一旦热胀冷缩就会影响煤油贮箱的容量 。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮说 。
首次执行“零窗口”发射任务
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这是长五系列火箭首次执行“零窗口”发射任务 。火箭院长五B火箭总体副主任设计师刘秉说:“问天实验舱需要与天和核心舱进行快速交会对接、在轨组装 , 因此 , 必须在规定时间分秒不差地发射 , 否则将无法到达指定位置 , 需要耗费巨大代价调整轨道;甚至导致发射终止 , 那就需要等待下一个发射窗口重新组织发射 , 严重影响任务周期 。”