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远征二号上面级:2016年11月4日,上面级成功进入预定轨道。

3D打印发动机核心构件首次进行飞行验证考核。远征二号上面级发动机中的起动器、发生器出口管,均由7103厂采用3D打印技术成形,这是3D打印产品首次助力我国航天动力实现飞天。


远征二号上面级飞行任务圆满成功

[ 发布时间:2016-11-09 ] 

  11月4日,长征五号运载火箭搭载发射的远征二号上面级成功进入预定轨道,飞行任务取得圆满成功。

  远征二号上面级是针对长征五号新一代大推力运载火箭研制的上面级,是我国目前规模最大、变轨能力最强的液体动力上面级,配备了两台远征一号所使用的发动机。远征二号上面级与长征五号运载火箭组合使用后,可有效提升一箭多星发射并直接入轨的能力,进一步提高长征五号运载火箭发射任务适用性和使用灵活性。


远征二号上面级主直径3.8米,使用偏二甲肼(UDMH)和四氧化二氮(N2O4)作为推进剂。

“远征二号”与“远征一号”同样具备两次启动和7小时在轨工作能力,主要用来与长征五号系列运载火箭组合执行低中高地球轨道、环月轨道直接入轨、多星发射等任务。


我国“太空摆渡车”新添“大车型”——远征二号上面级解析及远征系列上面级应用前瞻

来源 : 中国航天报  发布时间:2016年11月04日

11月3日,伴随着新一代大型运载火箭长征五号成功发射,其搭载的远征二号上面级也成功实现首飞。

“作为我国‘太空摆渡车’家族中的新成员,远征二号是我国目前规模最大、变轨能力最强的上面级。”长征五号总指挥王珏表示。

为“大火箭”量身打造“大车型”

远征二号是针对5米直径的长征五号新一代“大火箭”规模研制的“太空摆渡车”,二者组合使用,共同将卫星“乘客”直接送达地球同步轨道之上,无需卫星耗费数吨推进剂进行轨道转移。远征二号成为我国飞得最高的上面级。

和长征系列运载火箭5米直径及3.35米直径规模类似,远征系列上面级也有两种直径规模:本体直径2.8米的“小上面级”和本体直径3.8米的“大上面级”。

科研人员介绍,之前完成过多次北斗导航卫星发射任务的远征一号,以及今年6月搭载长征七号火箭完成首飞的远征-1A,都属于“小车型”,而国内的“大车型”目前只有远征二号。

与“小车型”2.8米的“腰围”相比,远征二号可谓“膀大腰圆”。不仅个头大,远征二号的体重也了得——“肚子”里能容纳的推进剂是远征一号的2倍多。

如此大的吨位自然需要更强有力的“心脏”带动。研制团队为远征二号配备了2台泵压式发动机。这样的推力能够保证上面级在6.5小时之内将大质量的高轨卫星直接送达目的地,如果没有上面级,卫星将依靠自身的发动机,需要数日才能实现轨道转移。

其实,之前远征一号和远征-1A上也分别使用过1台同款发动机,远征二号为了保证更强劲的推力,将发动机由1台增至2台并联,带来的却不仅仅是数量上的变化,还要面对发动机推力不一致的问题。

“上面级在变轨过程中状态变化大,要完成的动作较多,推力如果再不平衡,无疑雪上加霜,‘太空摆渡车’就有可能在空中打滚。”长征五号副总设计师兼远征二号副总设计师李学锋形象地解释道。

为消除远征二号上面级两台发动机推力不一致产生的影响,控制系统的科研人员采取了系统优化技术,提高了对推力偏差的包容裕度设计,确保了大型“太空摆渡车”的平稳“行驶”。

产品化发展瞄准商业应用

我国的远征系列上面级从立项之初,就确定了产品化的发展思路。

得益于这种模式,远征二号的研制过程在科研人员口中可谓“轻车熟路,非常顺利”。“除了为适应‘大火箭’而做的规模改进,远征二号的很多单机与之前‘小车型’所使用的完全一样。”李学锋说,“拿控制系统来说,这次就没有新单机的研制,直接降低了研制成本。”

同样降低的还有发动机的试车成本。“最初远征一号要使用14台发动机进行14次试车,这次远征二号只用6台发动机进行了3次试车。”远征二号上面级副总设计师叶成敏说。

随着远征一号、远征-1A和远征二号相继完成首飞,我国远征系列上面级的型谱逐步完善,上面级灵活通用、长时间在轨、多次启动的优势逐渐凸显。

“未来,远征系列上面级可以灵活搭配包括长五、长七、长二丙、长三甲系列火箭在内的多型运载火箭,执行高、中、低轨道卫星发射任务,应用领域将不断拓展。”叶成敏表示。

研制团队透露,他们瞄准的是远征系列上面级的市场化推广。目前尚未发射的远征-1S就是“小型车”中的商业化版本。

研制团队以低成本为目标,在不降低可靠性的前提下,将远征一号的功能进行适应性改进,使远征-1S能够面向中低轨道有效载荷开展发射任务,参与国际商业航天竞争。

为了提高国产“太空摆渡车”的商业竞争力,他们一方面对上面级的适应性进行不断提升——从发射单颗卫星到多星发射,从一次启动到多次启动,从在轨数小时到数天;另一方面通过系统优化,降低产品成本。

此外,用于深空探测、性能更高的低温上面级目前也已进入论证阶段。

后续,研制团队将进一步丰富远征系列上面级的应用背景,努力将其打造成一款高性能的通用空间平台,使其在空间运输任务中,可作为通用空间运输平台,根据有效载荷需求执行多星发射、轨道部署、深空探测等各类空间运输任务;在在轨服务任务中,可作为通用在轨服务平台,搭配不同的有效载荷可执行货物补给、模块更换、碎片清理、在轨加注等各类在轨服务任务;在空间试验任务中,可作为通用空间试验平台,为各类空间试验提供一种经济有效的解决方案。(崔恩慧)


513所上面级测控数传终端

为远征二号上面级当”信使“

上面级测量与控制技术则至关重要,决定着上面级和搭载的卫星能否按照预定计划准确进入轨道。当上面级与火箭分离后,需要在外层空间长时间、远距离飞行并进行多次变轨,地面人员就需要一个”信使“,保证对上面级实现发射全程遥控、跟踪测量和运载与卫星关键参数。

       513所研发的上面级测控产品——上面级测控数传终端,就是干这个用的,至今已在我国多次火箭上面级任务中发挥了关键作用。

上面级测控数传终端——上面级的“信使”

上面级和火箭分离后,仍然需要带着卫星继续飞行,最终将卫星送到预定轨道。而这段时间,测控数传终端就扮演着“调度员”的角色。

测控数传终端可以说是地面和上面级之间唯一的联系方式,飞行过程中出现任何“健康状况”,包括上面级的测距、测速、遥控、遥测,这就像人的体温、脉搏、血压等,都得靠测控数传终端实时传输到地面显示。

       比如测距和测速,测控数传终端要判断上面级带着卫星是否按照预定的速度飞行到了预定轨道,期间会不断发出修正的指令,随时反馈给地面控制人员,并把地面站发送的控制指令传递到相应的执行设备上。

多次成功“护航”,填补我国上面级直接入轨测控技术的空白

从2010年起,513所开始自主研发上面级测控数传终端,2015年3月首次应用成功,填补了我国上面级直接入轨测控技术的空白,其后又连续三次应用于长三甲火箭,为北斗导航卫星的发射保驾护航。今年6月,再次成功应用于长征七号火箭上面级。

       至此上面级测控终端已先后五次完成发射测控任务,奠定了513所在上面级测控领域的领先地位。


2016.08.22远征二号上面级动力系统,是在远征一号基础上研制的双发动机组合系统,从系统角度也属首次飞行。


        运载火箭高性能、高可靠姿轨控催化剂研制:针对运载火箭末修动力系统环境适应性、可靠性较低,特别是大型运载火箭多次布轨等应用需求,开发了低冰点推进剂分解用新型高性能、高可靠催化剂,经CZ-3及CZ-4运载火箭成功飞行验证,并已拓展应用于某新型装备末修动力系统,实现批产列装,还将应用于我国新一代CZ-5大型运载火箭上面。


姜杰院士:长征五号火箭将启用新研制“摆渡车”

        3月7日,全国政协委员、中科院院士姜杰接受《中国科学报》记者采访时表示,随着我国航天事业的发展,大推力、大运载能力火箭需求将逐渐增大。计划今年发射的“长征五号”火箭将启用新研制上面级“远征二号”。

       据了解,“长征五号”是中国新一代运载火箭中运载能力最大的一型火箭,起飞质量约869吨,具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力。“长征五号”将于今年9月前后实现首飞。

       姜杰介绍:“‘长征五号’的首飞主要是对火箭各系统进行验证,并搭载最先进的上面级‘远征二号’及诸多实验载荷。”上面级指运载火箭最上面的一级或多级,能将一个或多个有效载荷送入预定轨道,如同“太空摆渡车”。

        其上一代产品为“远征一号”,是为我国新一代北斗导航卫星而专门研制的采用常规推进剂的轨道运载器,曾首次实现上面级直接入轨技术发射中高轨卫星,意味着我国真正意义上的“太空摆渡车”开启了太空之旅


十三五期间,有“太空摆渡车”之称的上面级产品,将推出远征二号等系列新产品,实现启动次数更多、在轨时间更长,拓展在轨服务领域。


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       4月14日,随着上面级的安全回收,中国航天科技集团公司一院702所在天津新一代运载火箭产业化基地圆满完成了长征五号上面级分离试验。此次试验考核了上面级分离系统的工作性能,高质量地获取了全部环境数据及运动姿态数据,标志着一院承担的长征五号火箭的各项分离试验圆满完成。

      据了解,该上面级试验件是目前国内直径最大、质量最大的上面级,其直径为5.2米,总质量约为1800公斤。其“庞大的身躯”给试验带来了较大难度,为了此次分离试验的顺利进行,702所提前策划、及早研究,成立了上面级分离试验技术攻关组,在短短3个月的时间里攻克了上面级分离试验专用回收装置设计等多项关键技术。试验人员在试验件上安装了200多个测量通道,是一般分离所需测量通道个数的2倍~3倍,在同类试验中复杂程度也最高。

      据了解,上面级的作用介于运载火箭和航天器之间,它具有自主轨道机动能力,在轨时间较长,一般可多次启动点火,能够满足不同的发射任务需求,可以将一个或多个载荷送入指定轨道,被形象地称为“太空摆渡车”。

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