搭載神舟十四號的長征二號F火箭上,為什麼裝了一根「避雷針」?

歷史轉身 發佈 2022-06-06T09:04:54.943120+00:00

6月5日上午10點44分07秒,長征二號F遙十四運載火箭冉冉升空,載著神舟十四號和3名航天員飛赴太空。

6月5日上午10點44分07秒,長征二號F遙十四運載火箭冉冉升空,載著神舟十四號和3名航天員飛赴太空。

如果你仔細觀察就會發現,長征二號F火箭的最頂端有一根長長的「避雷針」。作為中國載人航天工程的「專車」神箭,長征二號F火箭為什麼要裝一根「避雷針」呢?其他型號的火箭為什麼沒有?

如果說是為了避雷,那麼裝一根「避雷針」就有點多此一舉了,因為火箭發射的時間窗口都會選擇天氣晴朗的時候,主動避開雷電暴雨等惡劣天氣,甚至有風的天氣都會儘量避開。

既然不是為了避雷,那麼這根「避雷針」到底起到什麼作用呢?

這就要從我國的載人航天「三步走」計劃說起了。1992年,經過多年的周密論證,我國決定實施代號為「921工程」的載人航天工程,確定了「三步走」的發展戰略。

載人航天工程是一項極為複雜的系統性工程,立項時不僅要考慮運載能力和入軌精度等性能指標,還要將可靠性、安全性指標作為最重要的設計參數。我們確定的設計目標是可靠性不低於0.97、安全性不低於0.997。

然而,當時我們並沒有專門用於載人航天發射任務的火箭。所以,我們就在長征二號E捆綁火箭的基礎上,按照發射載人飛船的要求,以提高可靠性、確保安全性為目標研製了一枚運載火箭,即長征二號F運載火箭。該火箭由4個液體助推器、芯一級火箭、芯二級火箭、整流罩和逃逸塔組成。火箭首次採用垂直總裝、垂直測試和垂直運輸的「三垂」測試發射模式

長征二號F火箭全程參與了我國載人航天工程「三步走」戰略的每一步,總計執行了10多次發射任務,其中包括發射5艘無人飛船、2個空間實驗室和8艘載人飛船,每一次都取得圓滿成功,將13名、20人次航天員送入太空,任務發射成功率100%。事實上,該型火箭在經過多次技術改進之後,其可靠性已經提升到了0.9894。

與其他國家的火箭相比,長征二號F運載火箭在設計上最突出的特點是增加了故障檢測處理系統和逃逸系統。為什麼要增加這兩個系統呢?因為在人類航天史上曾有過一段慘痛的經歷。

1986年1月28日,美國「挑戰者」號載人飛船在佛羅里達州的甘迺迪航天中心發射升空。由於右側固態火箭推進器上面的一個O形環失效,並且導致一連串的連鎖反應,「挑戰者號」在升空後73秒後,在空中爆炸解體墜毀,7名太空人無一生還。

從那以後,世界各國的火箭設計專家才意識到逃生系統的重要性。

不過,作為事件親歷者的美國人,卻沒有接受教訓,他們仍然固執認為美國的飛船很安全。

2014年10月27日,美國航天局安塔爾火箭在升空6秒後發生爆炸。該火箭原本負責發射向國際太空站進行補給服務的載運飛船——天鵝座宇宙飛船。曾擔任美國宇航局太空船項目經理的黑爾說:「我們證實了,太空船上沒有發射逃逸系統是個錯誤……因此目前正進行大量工作,要在『獵戶座』太空船上建造一個發射逃逸塔。」

我們的長征二號F火箭,從設計之初就取消了其他火箭一旦姿態不穩便自動自毀的功能,配備了自動故障檢測處理系統和逃逸系統。

這兩套系統的運作方式是這樣的:在飛船待發射階段和上升階段,自動故障檢測處理系統會對整個火箭進行故障檢測,一旦發現火箭有問題就會自動報警。如果此時航天員正在塔架上尚未進艙,他們可以就近跳進塔架上的逃逸布袋,逃逸布袋是用一種彈力很強的特殊帆布做成的,航天員跳進去後用四肢的阻力來控制下降的速度,像乘軟滑梯一樣從上面一直滑到地下室的安全地區。

如果航天員已經進艙,甚至火箭已經點火升空,這時就要啟動逃逸系統了。安裝在長征二號F火箭上的逃逸系統其實就是一個長達8米的逃逸塔,從遠處看就像是裝在火箭上的一根避雷針。逃逸塔由塔架、逃逸發動機和分離發動機組成。當發生緊急情況時,逃逸發動機迅速點火,使航天員座艙(返回艙)與固體火箭分離,迅速脫離危險區,然後分離發動機啟動,將座艙與塔架分開。

逃逸塔可以在幾十毫秒內瞬間點火,將航天員乘坐的軌道艙和返回艙拽出,距離故障約1.5公里之外,並利用回收系統實現安全著陸。

不過,逃逸塔並不是隨時隨地都能發揮作用的,它只能在火箭起飛前900秒到起飛後160秒的時間段內、飛行高度在0~110千米時發揮作用。為什麼是110千米之內呢?

因為這個高度一般認為是外太空與地球大氣層的分界線,叫卡門線。

安裝在長征二號F運載火箭頂部的逃逸塔,與傳統的分離方式相比,具有以下幾個特點:

一是逃逸塔分離為向前分離;二是逃逸塔分離時芯級仍處於工作狀態,具有較大的過載;三是逃逸塔分離時在低空進行,空氣阻力較大,需要考慮空氣阻力的影響;四是由於逃逸塔與火箭沿同一軌道飛行,並且火箭仍在加速運動,為防止逃逸塔與火箭相碰撞,在逃逸塔上增加了偏航控制發動機。

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