荊木春談火箭的新特點：一枚全新火箭的誕生

時間：2011-09-30 12:03　　　來源：人民網

　　2011年，隨著載人航天工程首次空間交會對接任務大幕的開啟，有著“神箭”之稱的長征二號F火箭又承擔起了新的歷史使命——助力天宮一號目標飛行器和神舟八號無人飛船的“太空相會”。

　　雖然仍被稱作“長二F”或被叫做改進型“長二F”，但火箭從外到內煥然一新，在運載能力和入軌精度上均有很大提高。用科研人員的話說：“這完全是一枚全新的火箭”。

　　整流罩用上馮·卡門曲線

　　據中國航天科技集團公司一院火箭總設計師荊木春介紹，改進型長二F火箭具有發射目標飛行器和飛船的兩個狀態，運載能力分別為8.6噸和8.1噸，比傳統狀態的“長二F”提高了0.6噸和0.1噸。由于目標飛行器不載人，發射這一狀態的長二F火箭取消了逃逸塔裝置。

　　在發射“天宮一號”時，火箭外形上的最大變化是整流罩，不僅長度由先前的10.7米增至12.7米，最大直徑也由先前的3.8米增至4.2米，而且頭部還采用了流線式的馮·卡門曲線。這也是最吸引公眾眼球的重大變化。

　　馮·卡門是美國工程理學大師、航天技術理論的開拓者，也是我國航天之父錢學森的老師。馮·卡門曲線，便是基于他的研究成果而畫出的曲線。

　　“整流罩的增大加長，與‘天宮一號’的體積密切相關。‘天宮一號’比神舟飛船的體積大。”荊木春說，“整流罩頭部設計采用馮·卡門曲線的意義在于，更好的減小空氣阻力，減輕載荷影響。”

　　然而，馮·卡門曲線整流罩的生產，卻并非如探囊取物般容易，具有很高的技術難度。荊木春解釋說：“與以往不同，馮·卡門曲線頭部展開之后并不是一個平面，涉及很多復雜的加工工藝以及材料成型的問題。”

　　“長二F”研制團隊在進行了一系列艱苦的工藝攻關、論證后，才最終將采用馮·卡門曲線的整流罩從理論變成現實。

　　除了整流罩的外形變化，火箭箭體結構系統的助推器的內部頂端形狀也發生了變化，由原來的橢球型變成錐形。荊木春表示：“這樣做可以承載更多推進劑，使火箭的運載能力提高100多公斤。這對載人航天工程有著不小的貢獻。”

　　采用兩套慣組提高精度

　　任何一發火箭在點火升空之后之所以能夠按照預定軌跡飛行，并且最終能夠精確地將目標送入預定軌道，主要是靠火箭的控制系統來完成整個過程。

　　據荊木春介紹，改進型長二F火箭的控制系統是個全新的系統，從使用的方案、原理、具體設備、軟硬件等方面都與傳統狀態的“長二F”發生了很大變化，相當于給火箭置換了一個全新的“大腦”。

　　這里不得不提一個專業詞匯——慣性測量組合，簡稱“慣組”。它是火箭控制系統的核心，是影響火箭入軌精度的關鍵部件。

　　和先前的長二F火箭相比，改進型長二F火箭控制系統的一個重大更改是，取消原先的氣浮陀螺平臺，采用兩套慣組作為測量裝置。這樣一來，可以更好地滿足火箭在俯仰偏航方向上的機動要求。

　　有了上述制導工具，改進型長二F火箭在制導方式上，首次使用了迭代制導技術。這些做法都是為了滿足交會對接任務對火箭入軌精度、軌道調整適應性和可靠性等多個方面的要求。

　　不過，首次交會對接任務對“天宮一號”的入軌精度并沒有很高要求，但對“神舟八號”的入軌精度要求很高。因此，工程研制人員選擇了兩套制導方案：當發射目標飛行器時，火箭僅采用攝動制導；當發射飛船時，火箭采用“攝動+迭代”組合制導。

　　當然，在多達170多項的火箭系統技術變化中，重要變化遠不止這幾項。長二F火箭研制團隊還對動力系統、遙測系統和故障檢測系統等采取了一系列措施，不斷提高火箭的可靠性，而這是個永恒、無止境的過程。（中國航天報社記者 索阿娣 李冠礁）

編輯:陳寧