12月27日，長(zhǎng)征五號(hào)遙三火箭，承載中華民族的航天強(qiáng)國(guó)夢(mèng)想，重新踏上太空征程。這枚舉世關(guān)注的中國(guó)大火箭，經(jīng)過(guò)兩年半時(shí)間的浴火重生，迎來(lái)鳳凰涅槃之旅，王者歸來(lái)之旅。
揭秘：?jiǎn)柼於际前l(fā)動(dòng)機(jī)“功勞”
大火箭離不開(kāi)大推力。長(zhǎng)征五號(hào)遙三火箭立起來(lái)有20層樓高，起飛質(zhì)量約878噸，要托舉這么重的大家伙，需要大推力發(fā)動(dòng)機(jī)。而承擔(dān)此次火箭起飛90%總推力的，是8臺(tái)120噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。它們均來(lái)自于位于西安航天基地的航天科技集團(tuán)有限公司第六研究院。
有專(zhuān)家做了個(gè)比喻，120噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的最高壓強(qiáng)達(dá)500個(gè)大氣壓，能把上海黃浦江的水打到海拔5000米的青藏高原那么高。
作為中國(guó)航天液體動(dòng)力“國(guó)家隊(duì)”，此次發(fā)射的火箭上，共有30臺(tái)來(lái)自航天六院的四型發(fā)動(dòng)機(jī)，除了那8臺(tái)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)之外，還有2臺(tái)50噸級(jí)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)、2臺(tái)9噸級(jí)膨脹循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，18臺(tái)作為輔助動(dòng)力的姿控發(fā)動(dòng)機(jī)。作為長(zhǎng)征五號(hào)火箭四型動(dòng)力之一的輔助動(dòng)力系統(tǒng)，用于火箭芯二級(jí)滑行段過(guò)程中推進(jìn)劑沉底管理、箭體姿態(tài)控制和末速修正等功能。
從塊頭與重量來(lái)說(shuō)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)中的18臺(tái)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然無(wú)法與作為主動(dòng)力的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)、氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)相提并論，但它的作用卻十分了得。
它既要為芯二級(jí)膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)可靠啟動(dòng)提供保障，又要為火箭俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)提供動(dòng)力，還要為衛(wèi)星入軌提供合適的速度。
亮點(diǎn)：如何克服“冰火兩重天”
不同于目前使用化學(xué)燃料的常規(guī)火箭，“胖五”的芯一級(jí)和芯二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)均采用無(wú)毒、無(wú)污染的液氫液氧作為推進(jìn)劑。在其800多噸的身體里，90%是-253攝氏度的液氫和-183攝氏度的液氧，這已經(jīng)接近低溫的極限，因此“胖五”又被形象地稱(chēng)為“冰箭”。
如果把常規(guī)火箭和“胖五”比作兩輛車(chē)，在攜帶同樣的行李行駛同樣的路程時(shí)，前者自重需要1000噸，而后者自重只要約600噸。走相同的路，做相同的事，只需要原來(lái)一半的干糧，可見(jiàn)“胖五”的先進(jìn)性所在。而為“胖五”減負(fù)增力，液氫液氧推進(jìn)劑功不可沒(méi)。
就像一把雙刃劍，液氫液氧帶來(lái)了高性能，但它們極低的溫度也給研制人員帶來(lái)了不小的煩惱。要知道，在低溫高壓高速大熱流的嚴(yán)酷力熱環(huán)境下，氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)一方面要經(jīng)受-250℃的極嚴(yán)寒環(huán)境，另一方面又要經(jīng)受3300℃的極酷暑環(huán)境，可謂“冰火兩重天”。
因此，對(duì)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的研制來(lái)說(shuō)，尋求適合的制造材料，本身就是一個(gè)難點(diǎn)。
此外，液體推進(jìn)劑在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室里燃燒，產(chǎn)生的燃?xì)鈴陌l(fā)動(dòng)機(jī)噴管高速?lài)姵?，其反作用力就能把火箭、衛(wèi)星、飛船推向太空。速度越大，性能越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力就越大。但液氫本身密度很低，所以給液氫加壓也很難。通過(guò)一個(gè)叫渦輪泵的裝置，可以給液氫加壓。但其轉(zhuǎn)速必須提升到常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍以上，才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
就像高速轉(zhuǎn)動(dòng)的電風(fēng)扇一樣，從外表看，只能判斷它是否正常吹風(fēng)，現(xiàn)有的檢測(cè)手段也只能看到葉片某一時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)。但透過(guò)表面現(xiàn)象，研制隊(duì)伍通過(guò)研制更先進(jìn)的方法，發(fā)現(xiàn)了一種詭異振動(dòng)。這種振動(dòng)給發(fā)動(dòng)機(jī)可靠工作帶來(lái)了巨大威脅。通過(guò)采取有效措施，他們有效消除了這種隱患，為確保飛行成功破解了難題。
張平 何怡 本報(bào)記者 石喻涵
