何巍告訴記者,由于人口數量的增長,上世紀六七十年代建立的內陸火箭發(fā)射場周邊的火箭殘骸落區(qū),不再是“絕對的無人區(qū)”。盡管在設計火箭的飛行軌跡時,寧可犧牲運載能力也要盡量避開村鎮(zhèn),但由于火箭殘骸在完成任務后是無控墜落,落點散布范圍較大,有時可能墜落在有人居住的區(qū)域。
當前的做法是:在每次發(fā)射任務前,將落區(qū)內百姓疏散到安全地帶。不過,這不僅給當地百姓帶來不便,也增加了火箭發(fā)射的經濟成本和工作難度。
中國航天需要一條新的出路。
何巍說,為了減少火箭發(fā)射給落區(qū)居民帶來的不便,長征火箭研制人員一直在進行分離體落區(qū)安全控制技術的研究。此次長征二號丙運載火箭一子級的落點控制,采用的柵格舵控制,對于解決我國內陸發(fā)射場落區(qū)安全性問題具有重大意義。
要火箭“正著飛”,也能“倒著飛”
于是,來自中國的火箭“回收”嘗試來了。
7月26日13時40分,也就是長征二號丙運載火箭點火起飛103分鐘之后,在貴州黔南州設定的落區(qū)范圍內,試驗人員順利找到了該火箭一子級殘骸。
長征二號丙運載火箭由中國航天科技集團第一研究院抓總研制。按照長征二號丙火箭副總設計師崔照云的說法,這次嘗試,形象地說就是讓火箭“倒著飛”——
長征二號丙運載火箭上升時,位于一子級外側壁的幾片柵格舵緊貼箭體,以避免對發(fā)射造成影響。一子級分離后,重新返回大氣層,柵格舵完成了“解鎖-展開-按控制指令轉動”等一系列復雜動作,并承受了上千攝氏度高溫、近10倍自重的沖擊力。
小小的柵格舵,展開后如小翅膀,保持著箭體姿態(tài)穩(wěn)定,幫助一子級精準回歸地面。
“其他火箭設計師都是解決火箭如何‘正著飛’進入軌道,我們卻逆向思維,探究‘倒著飛’的問題。”長征二號丙運載火箭研發(fā)團隊設計師張大銘說。
事實上,針對分離體落區(qū)安全控制,研制人員曾提出通過翼傘回收和柵格舵返回兩種技術方案。
此前,我國發(fā)射神舟載人飛船的長征二號F火箭,也曾安裝過柵格翼,其目的是保證逃逸飛行器的穩(wěn)定性。
崔照云說,長征二號F火箭的柵格翼展開后是固定不動的,近幾年,國外火箭上才開始通過可擺動的柵格舵來控制箭體的方向和姿態(tài)。
比如,全球唯一實現重復使用的“獵鷹-9”火箭,使用的就是柵格舵技術。
2015年12月,在“獵鷹-9”火箭第20次發(fā)射任務中,一子級首次成功著陸。一子級重返大氣后,進行減速,調整箭體姿態(tài)。接近地面時,火箭一子級頂部四個柵格翼展開,對箭體姿態(tài)進行穩(wěn)定。主發(fā)動機再次點火,火箭進一步減速,一子級逐漸接近地面著陸場,實施軟著陸。
如今,我國試驗采用柵格舵控制殘骸落點,也屬首次嘗試,科研人員擔負著“巨大的心理壓力”。
崔照云說,此次試驗選擇在大中型成熟運載火箭最大的一子級上安裝柵格舵,要保證對火箭發(fā)射不能造成任何影響;在一子級返回地面過程中,柵格舵要經受上千攝氏度高溫、近10倍自重的沖擊力,對提升研發(fā)制造技術不失為一種“巨大挑戰(zhàn)”。
現在“落得準”,將來要“落得穩(wěn)”
接受這個“有很大難度”任務的,卻是一支只有10余人、平均年齡不足35歲的年輕研發(fā)團隊。于他們而言,最大的特點就是“敢闖敢干”。
以電氣系統為例,這是控制柵格舵動作的“大腦”,新一代電氣系統首次從實驗室飛向藍天,成功完成了飛行控制和數據傳輸任務。
電氣系統負責人彭越告訴記者,火箭上傳統的電氣系統,雖然設計成熟、性能穩(wěn)定、飛行成功經驗多,但單機設備體積大、數量多、成本高,顯得較為臃腫。這次下決心要做新一代電氣系統,就是將測量、控制、遙測遙控等功能統統整合在一個約為巴掌大小的盒子里。
“柵格舵控制的核心算法全部自主完成,手機安裝配套的應用程序就知道火箭被控部件下落的實時位置??梢哉f是重量不大功能全,價格不高可靠性高。”彭越說。
