10月16日,中國航天科技集團一院抓總研制的長征二号F遙十三運載火箭成功發射神舟十三号飛船,中國空間站迎來新出差三人組。在整個飛天之旅中,3名航天員都非常輕松,順利進入空間站天和核心艙。
這樣輕松的畫面不禁讓人想起中國首位航天員楊利偉曾經曆的“難以承受的”26秒。在《太空一日》一文中,楊利偉回憶稱:“痛苦的感覺越來越強烈,五髒六腑似乎都要碎了。我幾乎難以承受,覺得自己快不行了。”
讓楊利偉“難以承受”的源頭是共振,這曾是一個世界級的航天發射難題,不僅我國研制的火箭有這個問題,國外的火箭也有。早在20世紀60年代,美國大力神火箭在發射過程中,就曾經出現過持續30秒的振動。法國的火箭也曾經出現過類似的問題,衛星壽命受到了影響。
如何讓中國航天員不再承受這樣的痛苦和消除火箭飛行失敗的隐患,火箭院人決心要解決這一世界級難題。
要解決問題,就要先知道問題根源是什麼。火箭院所屬北京強度環境研究所試驗人員經過測算、分析後認為,“病根”可能出在氧化劑上。當氧化劑中燃料的振動頻率和火箭結構的振動頻率接近的時候,很可能會發生結構與液體耦合的發散振動。
在理論分析後,該所試驗人員随之進行全箭模态試驗和氧化劑管路液體特性試驗。試驗時,試驗人員先向一個燃料管裡注入燃料,然後給燃料管加載不同頻率的振動,觀察燃料的振動頻率。如果試驗室數據與全箭模态試驗數據相吻合,就能證明試驗人員的推斷是正确的。
經過半年多的調查、分析、計算等,試驗人員最終得出結論:問題就出在火箭産生了POGO振動。這一結論印證了他們之前的推測。
在找到問題根源之後,火箭院研制團隊進行了改進,原本長征二号F遙五運載火箭的助推器蓄壓器上裝有兩個膜盒,到了長征二号F遙六運載火箭時,膜盒減少至一個。這種改進成效明顯:長征二号F遙六運載火箭發射“神舟六号”飛船時,振動量級和振動時間都減小了,航天員的反映是振動輕多了。
“輕多了”意味着研究方向是對的,可問題并未完全解決。研制團隊繼續優化設計,将助推器蓄壓器改成了“變能量蓄壓器”,在不同飛行時段采用不同PV值的蓄壓器,該裝置能夠吸收燃料振動時産生的能量,改變燃料的振動頻率,火箭就不再産生POGO振動。
長征二号F遙七運載火箭發射“神舟七号”後,航天員聶海勝的反饋是:“我們乘坐的火箭非常舒适,幾乎感覺不到振動。”短短的一句話意味着火箭院已經攻克了共振的難題。
載人航天,人命關天。航天員在飛向太空時的生命安全與火箭密切相關,這背後是火箭院人對火箭的高要求、高标準。面對難題、挑戰,火箭院人不斷突破自我,交出了一份份令人滿意的答卷。
攝影:高楠 張旖旎
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