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长征二号F火箭

长二F “T”系列和“Y”系列火箭有何不同?

发布时间 : 2016-08-10     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  下半年,有着“神箭”美称的长征二号F火箭(以下简称长二F火箭)将发射“天宫二号”空间实验室和“神舟十一号”载人飞船。目前,长二F T2火箭和Y11火箭已一同运抵酒泉卫星发射中心,研制人员已经开始了发射前的准备工作。

  那么,长二F火箭“T”系列和“Y”系列火箭有什么区别呢?为什么要用两发火箭执行任务呢?

分工不同

  据中国运载火箭技术研究院(简称“火箭院”)长二F火箭副总设计师刘烽介绍,载人交会对接任务需要向太空发射两种不同的有效载荷,一种是目标飞行器,另一种是神舟飞船。

  因此,从2011年我国载人航天工程二期——载人交会对接任务开始,长二F火箭便衍生出两种状态:“T”系列和“Y”系列。其中“T”系列火箭用于发射目标飞行器,“Y”系列火箭用于发射神舟飞船。


 △长二F T1火箭               △长二F Y10火箭

  这样一来,大家就清楚了,两型火箭虽同名为长二F火箭,分工却各有不同,一个运货,一个载人。

长相不同

  长二F“T”系列和“Y”系列火箭虽为“同胞兄弟”,但却并非像“孪生兄弟”那么相像。熟悉它们的人,从外貌上看,一下就能分辨出哪个是“哥哥”,哪个“弟弟”。

  其中,身为“哥哥”的长二F “Y”系列火箭是一型载人火箭。相比运货的“T”系列火箭,最大的不同是多了逃逸系统,名字大家都很熟悉——“逃逸塔”。

  “逃逸塔”就在火箭的顶部,远远望去就像火箭的“避雷针”。一旦宇航员有生命危险,“逃逸塔”可以帮助宇航员逃生。因此,它的可靠性、安全性更高。

  目前,长二F“Y”系列火箭已经发射了10艘神舟飞船,连战连捷,可谓“十全十美”。

  除此之外,长二F“T”系列和“Y”系列火箭的“头部”——整流罩的形状也完全不同。

  相比“哥哥”,“弟弟”“T”系列火箭头部长度更长、直径更大,从而能包络体积较大的目标飞行器。从外观上,它的整流罩上还有一个漂亮的曲线——冯•卡门曲线。这个曲线的设计是为了更好地减小空气阻力,减轻载荷影响。

  2011年9月,长二F T1火箭托举中国的第一个目标飞行器“天宫一号”完美升空。

力量不同

  长二F“T”系列火箭又被称为长二F改进型火箭,虽然是改进型,但相比之前,从外到内,它几乎都是焕然一新。比如,它的运载能力更强。

  为了增强火箭运载能力,研制队伍经过多次论证,确定了火箭助推器新的设计方案——燃料贮箱顶部由圆形变锥形,从而增加了火箭推进剂的加注量,使得运载能力从8.1吨提升至8.6吨。

  因此,长二F“T”系列火箭虽然是弟弟,但力气却更大,能举起更重的有效载荷。

  如今,我国载人航天已经走过了20多年的历程,相比以往,长二F火箭运载能力更大、适应能力更强、可靠性水平更高。而且,无论是“T”系列还是“Y”系列,都有了新“大脑”,入轨更精准。

  时隔三年,“神箭”再次出征,长二F火箭“两兄弟”必将再次创造我国载人航天任务的又有一个神奇。


栅格翼是工程关键项目

  几年后的1999年,当“长二F”遥一火箭成功发射了神舟一号无人试验飞船时,各媒体的记者们曾对贴置在整流罩周围的4块栅格翼十分好奇,因为公众在以前发射的几种长征火箭上从未见过这样一种装置。其实,不要说外界人士,就连公司的许多工程技术人员和工人过去都很少听说过栅格翼。

  然而,载人航天的宏伟工程却要求公司在极短的时间内研制出这种部件。

  栅格翼是运载火箭逃逸系统的关键部件。“长二F”火箭问世前,世界上只有前苏联/俄罗斯的联盟号运载火箭采用这种装置。栅格翼的作用如同消防车一样,正常情况下它默默无闻,只有当火箭出现灾难性故障,不得不启动逃逸系统后,它才能显示自己突出的用途——用自己产生的稳定平衡力保驾宇宙飞船安全着陆。在前苏联/俄罗斯航天史上,栅格翼连同逃逸系统仅仅使用过一次,拯救了联盟T-10号飞船内危在旦夕的两名航天员。

  栅格翼试制之初,由于我国火箭首次采用这种结构件,加之国外技术封锁,没有任何可以借鉴的制造经验,技术人员和工人师傅们一时竟不知如何入手。如果采用钛合金钎焊,周期长不说,研制费用太高,光一个大型真空钎焊炉就需投资1000万元,另外国产钛合金板材质量也无法满足技术要求。如果采用铝合金整体加工方案,则材料利用率过低,加工费用高,质量不易保证。

  当两个方案因各自的不足被放弃后,工程技术人员不得不面对这样一个现实:栅格翼的制造已经成为“长二F”运载火箭逃逸系统的短线。

  不久,工程技术人员经过反复研究,大胆提出了熔焊方案的新思路。贮箱焊接车间承担了这个艰巨任务。

  为了吸取国外焊接技术的先进经验,那一年,时任贮箱装配车间技术副主任孙忠绍随同研究院的一个代表团飞赴俄罗斯。在莫斯科,他与某大学的一个教授进行了接触,对方表示愿意到中国担任技术顾问,可是却开了一个令人咋舌的“天价”。在萨马拉的一个航天制造工厂里,孙忠绍等人希望能够进厂房参观,可是对方却婉言谢绝了。

  俄罗斯之行,孙忠绍收获不多,感想不少,如同火箭的助推器和芯级的关系一样,他觉得自己已经与栅格翼分不开了。他暗自下定决心,一定要拿下栅格翼制造技术。

  不久,在车间一个很不起眼的房间里,一个由七八个人组成的栅格翼熔焊攻关小组成立了。栅格翼是由许多个薄如蝉翼的金属片组成,它翼片多、加工难度大,焊缝多达600余条,总长度达150多米。同时,焊接变形大,外形尺寸难以控制。1995年1月,攻关组的工作取得了初步“成果”。他们采用手工焊技术,焊出了两个一比三的缩比试验件。可是,望着自己花费两个月时间焊出的产品,组员们无不目瞪口呆。由于焊接应力较大,栅格翼的外形惨不忍睹,平面扭曲达17毫米。

  试验令人痛心地失败了。

  面对挫折,攻关小组的成员们没有灰心丧气。他们对栅格翼的特点进行了认真分析后,自制了一套焊接试验装置,将手工焊改为自动焊。同时,又对几种焊接方法进行了对比试验,最后选定了直流正接氦弧焊的工艺方案。

  在进行了充分的技术准备之后,1996年1月,栅格翼攻关小组开始了新一轮焊接试验。当两个一比三的工艺缩比件焊好后,攻关小组的人们脸上露出了喜悦的笑容——试验取得了初步进展,栅格翼的焊接变形明显减小,下端面的平面扭曲也大为改观。

  两个工艺缩比件的成功,标志着攻关小组基本号准了栅格翼焊接技术的“脉搏”,它使成员们看到了最后胜利的曙光,增强了攻克栅格翼焊接技术难关的信心。此后,攻关小组乘胜前进,又对焊接工艺装备的设计进行了完善,提出一比一产品焊接工装的总体技术方案。

  1996年8月,在机械加工车间和工装设计部门的密切配合下,贮箱装配车间攻关小组顺利完成了第一批栅格翼的焊接任务。及至第二批任务结束时,栅格翼的焊接质量已经完全符合设计要求。

  1998年12月,以中国工程院院士关桥为主任,由清华大学、哈尔滨工业大学、总公司和研究院有关专家组成的技术鉴定委员会,对公司的铝合金栅格翼制造工艺进行了技术鉴定。委员会一致认为,栅格翼制造工艺既满足了载人航天工程的要求,又创造了显著的社会和经济效益,填补了国内空白,达到国际先进水平。另一个让攻关组成员们感到高兴的是,栅格翼制造工艺课题研究后来获得国防科技进步二等奖。

  神舟四号飞船成功返回后,“长二F”火箭总指挥黄春平曾指着栅格翼对采访的记者说:“这是逃逸系统里最难的部分,我们曾想咨询一下俄罗斯专家,他们开价1000万美元,最后还是靠我们自己解决的。” 

  和火箭上其它部件不同,尽管攻关组为研制栅格翼付出了大量心血和汗水,但是员工们宁肯自己的努力白费,也不希望中国航天员有朝一日使用这些产品。这应该是全国人民的共同愿望

长二F火箭逃逸系统栅格翼焊接


长征二号F火箭整流罩正在装配

  整流罩的生产因设计更改一停就是半年,接到新图纸恢复生产已经是当年9月。新设计的整流罩技术要求高,而且任务量更大。为了把蓝图变成产品,所有的生产流程必须从头再来一遍。材料得重新订货,工装得重新制造,零件得重新加工。

  一次次地试验,一次次地失败,整流罩生产的难关久攻不下。眼看周期一天天缩短,整流罩生产却仍在原地踏步,院领导心如火焚。1998年3月13日,院领导向公司下达了调度令,要求组织会战,不惜一切代价按时完成逃逸系统整流罩的生产和交付。

  事已至此,公司员工们心里明白,自己已经别无选择,只能横下一条心,不达目的不罢休。

  执行调度令期间,整流罩大部段生产车间和总装车间的员工们没日没夜地工作,已经没有上下班的时间概念。至今,时任军调处副处长刘超还记得这样一件事。一个星期六,已经夜里11点了,他被一阵电话铃声惊醒,当他听出是时任车间副主任安立辉时,惊讶地问他在哪儿。安立辉说在车间生产现场,因为设计上的不协调,整流罩的一个锥段怎么也装不上。当刘超匆忙赶到车间时,只见装配现场灯火通明,20几个员工仍然紧张地忙碌着,其中包括给他打电话的安立辉。刘超知道,安立辉刚献完血,可他却执意不肯休息,不仅一直坚持上班,而且与工人们一起加班加点。那天,问题解决后时间已过午夜。

  解锁装置的调试是逃逸系统整流罩生产中的第二道难关。这种装置排列在整流罩两侧,由几十把特种锁组成。当火箭达到一定高度时,解锁装置将按预定程序启动,把整流罩分解为两瓣后与火箭分离。解锁的关键是必须同步进行,“异锁同声”地传出一声清脆的声音,容不得一只锁提前或者滞后,否则将给发射试验造成灾难性后果。

  现在已经成为解锁调试“专家”的于卫东回忆说,当年在初次调试时,解锁怎么也不同步,声音总是不齐。初夏时节,外面的气温还算不上太热,整流罩里却密不透风,人如同置身于一个闷罐里。同时,他们还要忍受解锁时产生的高分贝噪音,那种感觉如同室内射击时不戴耳塞一样。然而他们没有灰心,拆了装、装了拆,不厌其烦。功夫不负有心人。经过反复摸索,车间员工们找到了调试规律,降伏了顽皮的解锁装置。随着一声“巨响”,几十把锁齐刷刷地打开。

  1998年6月10日晚,经过部段铆接车间和总装车间员工连续72小时的奋战,长二F火箭第一个逃逸系统整流罩的生产和总装全部告竣,即将出厂参加静力试验。晚上7时,在众人充满希冀的目光中,整流罩缓缓地驶出厂房。




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