航天科技101所生产的液氢将应用于航天发射,将助力探月追星

日前,中国航天科技集团公司六院101所生产的液氢被批准将首次承担航天发射任务,这标志着该所向发射场供应液氢进入实质性操作阶段。该所的液氢产品也由此打开了销路。8月下旬,该所生产的液氢将运抵发射中心。

昨晚20时43分,我国最大推力新一代运载火箭长征五号,在中国文昌航天发射场点火升空。约30分钟后,载荷组合体与火箭成功分离,进入预定轨道,长征五号运载火箭首次发射任务取得圆满成功。此次发射成功标志着我国运载火箭实现升级换代,运载能力进入国际先进行列,是由航天大国迈向航天强国的关键一步。

在近日召开的航天发射任务首次使用液氢协调会上,与会领导和专家听取了该所关于液氢保障准备情况的工作汇报,认为该所的液氢生产能力和性能指标均满足某型号运载火箭的发射需求,用于航天发射任务的保障方案切实可行,各项应急预案和安全措施周密完善,完全具备向发射场保障液氢供应的条件。

来自国防科工局、国家航天局的数据显示,长征五号是无毒无污染绿色环保型新一代运载火箭的基本型,火箭采用5米直径芯级,捆绑4枚3.35米直径助推器,全长约57米,起飞重量约870吨,起飞推力超过1000吨。长征五号首次采用芯一级2台50吨级氢氧发动机与4枚助推器各2台120吨级液氧煤油发动机的组合起飞方案,10台发动机同时点火,实现了我国异型发动机起飞技术的重大突破。

该所是我国建设最早、目前国内唯一能同时进行液氢生产和研制大型航天低温液体推进剂的研究中心,拥有甲醇制氢和电解制氢两套氢气生产线和两套国际水平的液氢生产线。2008年,该所被上级有关部门确定为液氢合格供应商,实现了国家战略物资的双备份。该所生产能力除满足长征系列运载火箭氢氧发动机地面试验和新一代运载火箭氢氧发动机研制试验外,可稳定提供发射运载火箭用液氢。

长征五号运载火箭具备近地轨道25吨级、地球同步转移轨道14吨级的运载能力,比现役火箭地球同步转移轨道运载能力提升了2.5倍以上。

长征五号运载火箭工程实现了我国液体运载火箭直径由3.35米至5米的跨越,填补了我国大推力无毒无污染液体火箭发动机的空白,代表了我国运载火箭科技创新的最高水平,为我国新一代运载火箭系列化、型谱化发展奠定了坚实的技术基础。

长征五号是实现未来探月工程三期、载人空间站、首次火星探测任务等国家重大科技专项和重大工程的重要基础和前提保障。按计划,2017年嫦娥五号落月采样返回、2018年发射空间站核心舱、2020年发射火星探测器等任务都将依靠长征五号来实现。

此次长征五号运载火箭搭载的是由远征二号上面级和实践十七号卫星组成的载荷组合体。远征二号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,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。实践十七号卫星是由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院抓总研制的地球同步轨道新技术验证卫星。卫星入轨后,中国卫通集团有限公司将开展地球同步轨道通信广播业务,并择机开展空间碎片观测、新型电源、电推进等多项新技术验证工作。此次发射是长征系列运载火箭的第238次发射。

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“中国文昌航天发射场”获正式命名

新华社电我国在海南建设的新一代航天发射场,日前正式命名为“中国文昌航天发射场”。这是我国自主设计建设的第一座绿色生态环保、完全对外开放的现代化新型航天发射场,将开启我国发射大推力运载火箭的新征程。

中国文昌航天发射场,是经国务院、中央军委批准立项,2009年9月开工建设的我国新一代航天发射场,由测试发射、测量控制、通信、气象、技术勤务保障等五大系统组成,主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站、货运飞船、深空探测器等发射任务。

中国文昌航天发射场主要位于海南省文昌市龙楼镇,占地16000余亩,按照新的测试发射模式,建有长征五号和长征七号两型运载火箭发射工位、垂直总装测试厂房和水平转载测试厂房,航天器总装测试厂房、航天器加注扣罩厂房、指挥控制中心等,是一座世界一流的现代化新型航天发射场。

与酒泉、太原、西昌等内陆发射场相比,中国文昌航天发射场具有更加靠近赤道、三面临海、射向范围宽等突出优势。它的建成和投入使用,形成了我国沿海内陆相结合、高低纬度相结合、各种射向范围相结合的发射场格局,使我国航天发射场整体布局更为合理、体系更为完善;将我国近地轨道运载能力提升到25吨、地球同步转移轨道运载能力提升到14吨,进一步缩小了我国与国际先进水平的差距;基本满足国内外的卫星发射各种轨道要求。

发射场于今年6月25日成功发射了长征七号运载火箭,11月3日发射了长征五号新一代大推力运载火箭,明年上半年将发射“天舟”货运飞船。未来,我国的探月工程三期飞行器、现代化空间站等都将在这里发射升空。

研发

耗时十多年攻克动力难关

拥有氢氧发动机技术是世界航天大国的重要标志之一。从上世纪70年代开始,中国的航天人就高瞻远瞩,坚持研发和采用中国自己的氢氧发动机。40多年来,一代又一代航天人攻克了多道技术难关,才成就了昨晚长征五号的成功发射,更使中国从一开始就摆脱了购买外国航天发动机技术的命运。

液氢液氧低温发动机是化学推进中最高性能的火箭发动机。氢氧燃烧所获得的高空比冲,比现有常规燃料发动机提高约50%。氢氧发动机还具有无毒无污染、可多次启动、燃烧稳定性好、振动环境优良等优点,对于提高火箭的运载能力作用显着。如今,性能优异、零碳排放的大推力氢氧火箭发动机,日益成为大型运载器发动机的主流,并为各航天大国所采用。是否采用氢氧发动机也成为火箭先进性的重要标志之一,掌握大推力氢氧火箭发动机技术是一个航天大国的必然要求。

上世纪70年代中期,长征三号运载火箭立项之初,氢氧发动机在当时是一项新技术,只有一两个国家采用过,风险较大。虽然深知困难重重,“两弹一星”元勋、“航天四老”之一的任新民坚持采用氢氧发动机。他一直认为,如果当年没有坚持把它做出来,恐怕以后都很难实现,“因为外国人有了,就会让我们直接买他们的技术。”在他的据理力争下,氢氧发动机登上了中国的航天舞台。在着名火箭发动机专家朱森元院士的带领下,我国成功研制了第一台具有自主知识产权的氢氧发动机,并于1984年4月8日将我国第一颗地球同步轨道试验通讯卫星送上太空,开创了氢氧发动机在中国运载火箭应用的历史,使我国成为世界上少数几个掌握先进低温高性能推进技术的国家之一。

进入21世纪,随着我国后续大型航天活动的论证立项,对高性能氢氧发动机的需求更加迫切。2001年底,原国防科工委、财政部批准“50吨级液氢液氧发动机专项工程”立项,用于长征五号火箭的新一代大推力氢氧发动机,作为我国首个地面启动的芯一级大推力发动机正式开展研制;2006年10月,膨胀循环氢氧发动机作为长征五号火箭芯二级动力装置正式开展研制。二者都由中国航天科技集团六院负责研制。

但随着研制的深入,各种问题和产品的薄弱环节开始暴露。2007年初,50吨大推力氢氧发动机的第三台完成了第一次长程热试验,试验后检查时发现,推力室出现结构破坏,故障现象前所未见。之后,连续3台发动机、3次热试验,推力室都出现结构破坏,并伴随越来越严重的烧蚀。面对挫折,研制团队历时一年半,找到了燃烧中的异常脉动频率,确定了高频不稳定燃烧的深层次故障原因,解决了这个国际性难题——这个问题美国曾耗时多年才解决。

在芯二级膨胀循环氢氧发动机的研制过程中,研制队伍也遇到了推力室内壁烧蚀、氢涡轮泵轴承保持架先后4次断裂等问题。经过20多次试验,终于所有解决措施得到验证。发动机研制过程中最大的坎迈过去了,后续所有试车全部成功,至今保持了连续成功试车30000秒的纪录。

2015年2月9日,两台大推力氢氧发动机并联组成的芯一级动力系统,按照飞行状态,被系固在火箭动力系统试车台上进行发动机点火试验。发动机不负众望,呼啸山谷。之后芯一级动力系统、芯二级动力系统先后多次试车成功。当“长五”火箭在发动机一次次启动中“画出”完美轨道时,中国的航天大国梦想又迈出坚实一步。

内存

“三壮汉”助“长五”出征

长征家族里有很多兄弟,个个跟着父母练就了一身好本领。本领练成之日,父母就会交给那个孩子一个任务,并对其说:习武不易,切莫辜负你这身本领,定要安全护送重要物品到达目的地。孩子们个个以此为目标,期待着父母委以重任的那天。

多年过去了,老大、老二、老三……很多兄弟都出师了,不负嘱托圆满完成了任务。每次看到兄弟们出师再凯旋,排行老五的“长征五号”心里都痒痒,因为他从来没有接到过父母委托的任务。他等得有些着急了:“去年和今年,比我小的老六都承担任务了,爸妈为啥不让我去呢?难道我本领还没到家吗?”爸妈的回答是:“你没看出来,你的个子比其他兄弟壮硕很多吗?所以,你肩负着比老六、老七更重要的任务——老六护送小卫星,老七护送卫星和飞船;而你,要护送的是庞大的空间站和探测器。这么重要的任务可不能轻易托付,必须保证你的本领炉火纯青才行!如今时机已经成熟,两个月后你就可以出师承命。但是,你必须找到能给你提供帮助的三个壮士,陪你完成这次出征。”

长五闻言当然高兴,立即踏上了寻找伙伴的旅途。他一路跋涉,来到了位于西安的中国航天科技集团第六研究院,在这里遇到了发动机兄弟们,并从中挑选了最适合帮助自己的三位“壮汉”:液氧煤油发动机、YF77氢氧发动机、9吨高性能膨胀循环氢氧发动机。

新一代绿色环保液氧煤油发动机是专门给火箭提供上升动力的。长六、长七都是由这一系列发动机托举上去的。其最大特点是绿色环保,只“吃”便宜的液氧和煤油,燃烧产物也是十分环保。其拥有世界上最先进的高压补燃循环系统,不仅能自身启动,还可多次点火,重复进行试车,能提供120吨推力。

YF77氢氧发动机“吃”的是液氢和液氧,燃烧产物就是水,是世界上排放种类最少、最环保也是温度最低的发动机,可以地面启动直接入轨,而且比冲较大——相对提供的50吨动力而言,其自身重量较小,可以达到更高的运载能力。

9吨高性能膨胀循环氢氧发动机可以工作800秒,是国内工作时间最长的上面级发动机。他能使液氢液氧无损失燃烧产生推力,性能非常高。别看个头小,他已经保持了连续30000秒试车成功的纪录。他还能多次启动,助长五顺利进入地球转移轨道。

长五找到的这三位壮士助手得到了爸妈的肯定。于是他开始列队布阵,开始合练:液煤八兄弟分为4组,组成助推动力,每一组的其中一个可单向摇摆,共有起飞动力960吨;50吨氢氧两兄弟负责组成芯一级动力,均可实现双向摇摆,起飞动力100吨;9吨膨胀循环氢氧两兄弟组成芯二级动力,均可实现双向摇摆,并通过两次启动确保长五搭载的卫星顺利入轨。

昨晚20时43分,在三位“壮汉”全力助推下,长五一飞冲天,在中国航天史上代表长征家族又写下了具有历史意义的一页。