錢江晚報(bào)小時(shí)新聞
錢江晚報(bào)·小時(shí)新聞?dòng)浾?章咪佳
昨日，我國(guó)在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)組織實(shí)施長(zhǎng)征七號(hào)改中型運(yùn)載火箭首次飛行任務(wù)?？上У氖?，火箭飛行出現(xiàn)異常，此次發(fā)射任務(wù)最終宣告失利。
長(zhǎng)征七號(hào)是中國(guó)為發(fā)射貨運(yùn)飛船而全新研制的新一代中型運(yùn)載火箭。采用“兩級(jí)半”構(gòu)型，箭體總長(zhǎng)53.1米，芯級(jí)直徑3.35米，捆綁4個(gè)直徑2.25米的助推器 。近地軌道運(yùn)載能力不低于14噸，700公里太陽(yáng)同步軌道運(yùn)載能力達(dá)5.5噸。
這次發(fā)射并非是長(zhǎng)征七號(hào)第一次發(fā)射，在2016年，長(zhǎng)征七號(hào)就在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射。而此次的長(zhǎng)征七號(hào)，是基于長(zhǎng)征七號(hào)的新一代中型高軌三級(jí)液體捆綁式運(yùn)載火箭研制的。
長(zhǎng)征七號(hào)甲火箭全箭總長(zhǎng)60.13米，芯一、二級(jí)直徑3.35米，芯三級(jí)直徑3米，單個(gè)助推器直徑2.25米，火箭起飛質(zhì)量約573噸，主要用于地球同步軌道衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力為7噸，填補(bǔ)了我國(guó)地球同步轉(zhuǎn)移軌道5.5噸～7噸之間運(yùn)載能力的空白。
關(guān)于此次發(fā)射失敗可能的原因，木星學(xué)會(huì)刊登了專業(yè)人士“胖福的小木屋”的分析——
從發(fā)動(dòng)機(jī)角度看，此次長(zhǎng)征七號(hào)發(fā)射采用的是YF-115液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，它的比沖達(dá)到了3.349 km/s。，比沖單位質(zhì)量的推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量大小，是動(dòng)力學(xué)家衡量火箭引擎燃料的能量利用效率的一種標(biāo)準(zhǔn)量，這也是火箭推進(jìn)劑最最重要的指標(biāo)之一。也就是說(shuō)，希望用質(zhì)量盡量小的燃料，產(chǎn)生出盡量大的推力。
YF-115液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，是我國(guó)技術(shù)最為成熟的一款航天發(fā)動(dòng)機(jī)，是我國(guó)目前眾多火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中唯一一型試車時(shí)長(zhǎng)超過(guò)十萬(wàn)秒的發(fā)動(dòng)機(jī)。
一輛汽車在出廠前，要由試車手對(duì)車輛性能進(jìn)行摸索，并給出合格分?jǐn)?shù)，告知大眾對(duì)車輛體驗(yàn)。
同樣的，一型航空發(fā)動(dòng)機(jī)在未定型之前，也要進(jìn)行地面標(biāo)定試驗(yàn)。憑借發(fā)動(dòng)機(jī)不同狀態(tài)下發(fā)出的細(xì)微聲音區(qū)別、各種設(shè)計(jì)參數(shù)上下限值，以及參數(shù)變化趨勢(shì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行判斷和考核，以確定被試發(fā)動(dòng)機(jī)是否能夠裝入飛機(jī)進(jìn)行空中試飛檢驗(yàn)。這就是對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的試車。
而且長(zhǎng)征七號(hào)前兩次的發(fā)射都非常成功，發(fā)動(dòng)機(jī)出問(wèn)題的可能性不大，最有可能的是共振問(wèn)題引發(fā)的發(fā)射失利。
航天行業(yè)對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)有特殊要求，在發(fā)射升空高速飛行時(shí)都會(huì)伴隨著“震顫”問(wèn)題，“震顫”會(huì)導(dǎo)致航天設(shè)備發(fā)生各種大大小小的故障，因此“震顫”問(wèn)題解決不好后果將不堪設(shè)想。
當(dāng)年，蘇聯(lián)為了追趕美國(guó)航天進(jìn)度，研發(fā)了N1超重型運(yùn)載火箭。整個(gè)火箭高度達(dá)到105米，滿載重量接近2800噸，使用了多達(dá)44臺(tái)的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)。
火箭在發(fā)射過(guò)程中突然發(fā)生爆炸，當(dāng)場(chǎng)造成150多名人員遇難，事故原因是一種被稱之為“縱向耦合振動(dòng)”的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象由不同發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推進(jìn)力變化所致，由于安裝了多達(dá)44臺(tái)的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)，所能產(chǎn)生的振動(dòng)我們可想而知。一旦發(fā)生縱向耦合振動(dòng)，可變加速度會(huì)導(dǎo)致燃料泵的壓力趨于不穩(wěn)定，形成更大的可變加速度，最終讓振動(dòng)與火箭的共振頻率相匹配，釀成慘劇。
如果真的是共振引發(fā)的問(wèn)題，那就有很多種可能性了，比如星箭耦合共振，從而引發(fā)箭體結(jié)構(gòu)損壞，當(dāng)然最常見(jiàn)的還是因?yàn)榧嫒菪詥?wèn)題，引發(fā)的共振。比如1995年1月26日，長(zhǎng)征二號(hào)E型捆綁式火箭發(fā)射美國(guó)休斯公司制造的亞太二號(hào)通信衛(wèi)星失敗?；鸺w行50秒后，衛(wèi)星爆炸引起火箭爆炸，星箭俱毀。事后調(diào)查認(rèn)為可能是美方?jīng)]有告知衛(wèi)星的諧振頻率，導(dǎo)致星箭共振，引起爆炸。
如果僅僅只是共振引發(fā)的問(wèn)題，對(duì)接下來(lái)的發(fā)射任務(wù)影響就不大。
但是如果真的是單純發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，影響就很大了，目前可能出現(xiàn)的問(wèn)題有：二、三級(jí)分離失??；火箭三級(jí)一次點(diǎn)火失??；三級(jí)二次點(diǎn)火失??；火箭二級(jí)出問(wèn)題；火箭一級(jí)與助推器出問(wèn)題等。
而這將對(duì)中國(guó)接下來(lái)的航天任務(wù)產(chǎn)生很大的影響，因?yàn)榘▽?shí)現(xiàn)北斗導(dǎo)航、探月三期等重大工程收官，完成火星探測(cè)等重大任務(wù)發(fā)射，完成長(zhǎng)征五號(hào)B、長(zhǎng)征七號(hào)甲、長(zhǎng)征八號(hào)三型運(yùn)載火箭首飛，完成亞太6D衛(wèi)星、集團(tuán)公司衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)融合試驗(yàn)星等商業(yè)衛(wèi)星的發(fā)射，都要依靠這款火箭。
也有些認(rèn)為是一級(jí)和助推器集束分離引起箭體異常震動(dòng)，損壞結(jié)構(gòu)，甚至是級(jí)間段和二級(jí)發(fā)生碰撞引發(fā)的問(wèn)題。
長(zhǎng)七系列的任務(wù)是在將來(lái)逐步替代長(zhǎng)三甲系列，長(zhǎng)三甲系列之所以能夠成為金牌火箭主力火箭，也是經(jīng)歷了多次失利才成長(zhǎng)到今天的。相信長(zhǎng)七系列會(huì)逐漸成熟，成為新的金牌火箭主力火箭。
及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，對(duì)中國(guó)航天來(lái)說(shuō)，也不是一件壞事。