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天舟1号为何要选择在海南文昌航天发射场发射

归档日期:06-12       文本归类:发射场      文章编辑:爱尚语录

  尽管专门用于发射天舟1号货运飞船的长征7号中型运载火箭在中国哪个发射场都能发射,因为该火箭的最大直径为3.35米,不过由于已在新启用的海南文昌航天发射场为长征7号专门建造了包括总装测试厂房、转运轨道、发射塔架等所有相关设施,所以天舟1号在海南文昌航天发射场发射。

  与使用多次的甘肃酒泉、山西太原、四川西昌3个老航天发射场相比,海南文昌航天发射场具有纬度低、发射效率高、射向宽、落区安全性好、海运便捷等优势,能够满足新一代无毒、无污染运载火箭和新型航天器发射任务需求,未来将主要承担货运飞船、大吨位空间站、地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、深空探测卫星等航天器发射任务。

  作为低纬度滨海发射基地(发射塔离海仅800米),在海南文昌航天发射场发射运载火箭,相比国内其他三个卫星发射中心有几大优势有明显的优势。

  一是火箭的射向范围宽。它能够覆盖90~175°,射向1000千米范围均为海域,可以满足地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、空间站、深空探测等航天器发射任务。

  二是火箭发射更安全。由于海南文昌航天发射场建在海边,从那里发射的火箭,其发射方向1000千米范围内是茫茫大海,所以火箭航区、残骸落区的安全性好,坠落的残骸不易造成意外。火箭发射后其第一级火箭坠落于南海,即可以避免对居民人生安全的伤害,又可以避免地面的危害。并且距离海边近将会大大提升残骸坠落的安全性。而在酒泉、太原、西昌发射中心,每次发射火箭,都要临时迁移大批居民,以防止第一级火箭坠落时对当地居民的伤害。

  三是地处低纬、节约能耗。海南文昌航天发射场位于北纬19 °的位置,因而具备了低纬度的优势。火箭发射场距离赤道越近、纬度越低,发射航天器时就能借助接近赤道的较大线速度,以及惯性带来的较大离心现象,使火箭燃料消耗大大减少,用同样燃料可以达到的速度也更快,从而能提高地球同步轨道卫星的运载能力。西昌、太原、酒泉发射场的纬度分别为28°、38°、41°。据悉,在文昌发射地球同步卫星比在西昌发射火箭的运载能力可提高10%~15%,并且入轨角度比较好,仅在校正夹角上减少卫星调姿消耗的燃料就颗使卫星寿命可延长2年以上,效费比高。

  四是火箭运输更便利。发射基地选在海南文昌,火箭可以通过海路运输,火箭的大小就不受铁路运输的限制。我国长征2号、3号、4号等系列火箭由于受到铁路运输的限制,主要是受涵洞大小的影响,其组件的最大直径只能限制在3.5米。目前,在海南文昌航天发射场已建成与长征5号和长征7号新一代运载火箭发射相关的专用配套设施,其中由于长征5号新一代大型运载火箭芯级的直径为5米,用公路、铁路运输都难以满足要求,所以只能采用海运方式在海南航天发射场。海南航天发射场具有年发射能力强的优势,每年可进行10~12次发射。

  长征7号火箭转场时能拐4个60 °的弯,以便和长征5号火箭共用一个转运轨道,节省占地面积。通过大量的计算表明,要转4个弯,转弯半径应为20米,最大转弯角度在60°左右,这样火箭转弯最省劲儿。而火箭转弯时的速度也是有讲究的。经过3 年的努力,取得了活动发射平台转弯行走原理试验的成功。这是航天发射支持系统的一次重大突破,让我国运载火箭活动发射平台转弯行走实现了零的突破。目前,除日本外,我国是第2个掌握单轨差速转弯行走技术的国家,也是继美国、欧洲、日本之后第4个掌握发射平台转弯行走技术的国家。

  文昌航天发射场有专门的脐带塔。这是因为这里风大,而我国台风预测能力仅能提前1 周,以往火箭所有的管路连接以及测试验证都是在发射阵地进行,大概需要20 天左右的时间,如今天气的不确定性,使火箭不能在发射阵地如此长时间工作,为此,设计人员专门设计了脐带塔,使火箭在技术阵地完成相关技术的验证和试验后,在转场过程中可以保证所有连接状态不变,到发射阵地后直接进行加注发射,缩短了在火箭发射阵地的测试时间。长征7号脐带塔高约64.5 米,它们分上、中、下三段,呈锥形,重约250 吨。国外的火箭也有脐带塔,但长征7号火箭的脐带塔最特别,它的两侧装有6 根摆杆,内部铺设有加注、供气、空调管路和箭上众多控制电缆,以及配气台和中频电源房间,因此它的结构及组成是最复杂的,这也意味着我国运载火箭的研制技术又迈出了一大步。

  因此,长征7号采用的是“新三垂模式”。发射“神舟”飞船的长征2号F火箭火箭在发射场进行的垂直总装、垂直测试、垂直转场,被称为“三垂模式”。其箭船连接工作在技术区和发射区要进行两次。而长征7号采用“新三垂模式”,火箭被装在活动发射平台上与“脐带塔”连接,从而保证火箭从装配完成到发射时都保持垂直状态,仅一次对接就可以完成工作,状态的一致性更好,且前端地面测发控设备在技术区进行了充分测试,转至发射区以后出现故障的概率更低,有效提高了发射的可靠性,同时也缩短了发射工作时间,降低了火箭转场后遇到恶劣天气再返回技术区的情况发生。

  另外,文昌的火箭发射平台采用了喷水降温措施。长征7号发射点火的刹那,温度会高达3000℃,足以溶化绝大多数金属和非金属材料,即便火箭发射平台由特殊材料制成,表面有防热涂层,也很难承受如此高的温度。和过去主要起支撑作用的钢制发射平台不同,海南文昌发射场使用的新一代发射平台功能上更强大,它在综合发射系统主要功能基础上,将火箭总控网、控制系统、测试系统部分设备集于一身,如温度太高,发射平台将可能遭到损坏,进而影响火箭发射安全性。所以专门采用了喷水降温和涂特种防护涂层等方式,使它不怕被高温摧毁。国际上先进的降温方法是喷水降温,文昌发射台的喷水系统分两级,一级位于发射平台上,在火箭发动机点火前给发射平台喷一层5 厘米厚水膜,二级位于发射平台两旁5 米高空,在火箭飞达5 米高以后向箭体尾部火焰中心喷水,两级喷水设施各喷20 余秒,完成400 吨的喷水量。在400 吨水中,有30% 的水会汽化到大气中,60%的水则通过导流槽流走,水份蒸发带走大量的热,发射平台核心区降温幅度在1000 ℃左右。此外,该系统还有良好的降低噪音效果。另外,还事先给2000米2发射平台涂4吨“防晒霜”,对发射平台也有一定保护作用。

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