发布时间：2020
“天问”漫漫奔火路 西安力量全程守护
西安墙体广告7月23日12时41分,我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场,用长征五号遥四运载火箭将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空。位于古城西安的中国航天科技集团四院、航天九院771所为此次任务提供了多项“黑科技”,全力守护“天问一号”的漫漫奔火路。
航天四院
让“胖五”安全起飞让火星车自由行走
本报讯(首席记者杨斌鹄)位于西安的中国航天科技集团四院,为长征五号提供了正推火箭、消氢点火装置、C/C密封材料,为火星探测器任务提供了火星车电机以及高空开伞探空火箭试验运载系统。
保障火箭系统正常运行
正推火箭是火箭飞行过程中为实现芯一级、芯二级可靠分离而研制的分离发动机,为级间分离提供动力的装置。由航天四院41所研制的正推火箭兼具固体发动机和火工品的双重特性,其工作时间长,可靠性要求高,是目前运载火箭箭体使用的最大火工品。发动机固体动力推进剂采用新型配方材料,具备低燃速、低残渣的特点,能够确保发动机产生强大推力的同时,不对火箭芯二级箭体产生损伤,而且比同类发动机更加绿色环保。
长征五号运载火箭采用氢氧发动机,在点火前会向发射平台周围环境排放大量低温氢气。为消除火箭发射前的大量低温氢气,彻底排除发射前的安全隐患,航天四院42所专门研制了消氢点火装置。该装置安装在发射平台上,能在火箭氢氧发动机工作前的2至3秒内,点燃火箭发射的“把火”,利用喷射的高温、高速燃气金属粒子流,将发射前排出的大量氢气在其未达到可爆炸最低浓度前先行消除,以保证运载火箭发射的安全性。
长征五号运载火箭采用120吨液氧/煤油发动机,航天科技四院43所研制的C/C密封材料应用于液氧/煤油发动机涡轮泵关键部位,能在高低温、高压、高速旋转条件下工作,具有自润滑特性,且具有高强耐磨低渗透特点。目前43所研制的C/C密封材料作为液氧/煤油发动机关键密封部位的材料,已成功应用于多个型号10余次发射任务,解决了我国新型120吨大推力、无毒无污染、高压补燃液氧/煤油发动机动密封急需材料,在多型液体火箭发动机中发挥了重要作用。
助力探测器登陆火星
火星探测器着陆火星过程中的法宝就是降落伞。从2016年开始,航天科技四院先后为火星探测项目研制了天鹰六探空火箭等试验运载系统,将火星降落伞及进入器模拟物运送至需要的高度,模拟火星探测器再入、下降段过程,验证降落伞的工作性能,为火星探测器降落伞高空开伞创造最真实的试验条件。该型运载系统首次使用多项新技术,将运载器姿态控制在指定范围,实现可靠分离动作,以利于超音速低密度条件下高空开伞。
我国首辆火星车将在踏上火星后走出历史性的一步,进行区域巡视探测和相关工程实践。火星车拥有一双“行走的双腿”,而为其提供“驱动”的就是由航天四院401所研制的火星车电机。该电机共分为三型研制,分别应用于火星车的转向、行走以及底盘调整功能,让火星车能够自主、灵活地“行走”。
“天问一号”探测器需要历时7到8个月才能抵达火星,在这漫长的旅途中,电机系统要在待机状态下抵御太空中的超低温环境,这对电机的材料和性能提出了考验。401所项目研制团队通过对材料性质的细致分析,最终攻克了材料的低温冷焊特性,通过了-140℃的地面试验验证,让电机拥有了“超级耐寒”的能力。为了让火星车的车轮在转向、过坡中更“省力”,电机提供了静磁力矩作为定位,使得火星车轮子在转向、下坡中不用为电机供电,增加可靠性的同时也减轻了系统重量。为克服大静磁力矩带来的运转不平稳问题,研制团队创新技术能力,实现静磁力矩达到额定力矩60%的电机极低速控制,可在30转每分钟平稳运转,大大提高了火星车的越障和爬坡能力,确保更加平稳地“驾驶”。为适应火星表面大气尘埃环境,抵御“火星风暴”,研制团队为裸露在外的电机设计了严密的防尘结构,为电机“穿”上了“防护服”。
航天九院771所
保证空间环境适应能力“听诊器”及时发现隐患
本报讯(首席记者杨斌鹄)航天九院771所研制了火星着陆巡视器系统管理单元CPU模块和数据接口单元CPU模块,数据接口单元使用于着陆器(进入舱),系统管理单元使用于巡视器(火星车)。
CPU模块作为着陆/巡视器的核心部件,承担着总线控制、热控管理、自主管理、遥控数据处理与分发,遥测数据采集发送以及其他各模块的控制等系统总管理的艰巨任务。为了适应火星特殊任务需求,CPU模块采用集成化、小型化的设计思想,通过使用771所自主研发生产的抗辐照LSCCU01RH模块、数据集中处理方式,实现了小型化的目标。另外针对深空环境下的单粒子翻转特性,771所在FLASH程序存储区采用了EDAC纠检错技术,同时采用了MRAM实时存储与恢复技术,提高了产品可靠性,保证了系统的空间环境适应能力。
771所运载计算机设计事业部配套的箭载计算机,是长征五号运载火箭控制和精确入轨的关键保证。长征五号运载火箭箭载计算机主要完成长征五号运载火箭的姿态和制导控制任务。箭载计算机采用控制周期同步技术,有条不紊地完成箭体参数录取、飞行轨道计算、飞行轨迹的卫星导航信息误差修正以及控制指令输出等多项复杂的控制任务。
在长五运载火箭箭载计算机内部还设计了特有的“听诊器”,能够自动“监听”飞行控制软件运行过程中的各类重要参数,并在不需要软件参与的情况下将参数自动组帧下传至地面测发控系统存储。该技术可以使控制系统在不修改飞行程序控制流程的情况下获得更多的运行过程原始数据,及时、有效地发现系统中存在的隐患,为故障定位提供判定依据。
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