火箭的安全性和过去相比也有很大不同。过去火箭发射安全性的一个重要要求,是保证航区内的地面安全,发射的时候要保证发射场的安全,火箭运行途中时也不能影响地面的人和设施。如果火箭偏离飞行轨迹,就启动安全引爆程序,炸掉火箭,以免危及地面安全。而载人飞船发射,首先是要保证航天员的安全,这其中的难度要比一般的卫星发射大得多。第一,必须迅速判断出火箭什么时候可能出事,出事以后会造成多大的危害。比如火箭起飞后可能会爆炸,但什么时候爆炸,必须准确地预测出来。第二,火箭爆炸后会形成强烈的冲击波,这个冲击波的范围和时间,也必须准确地作出判断。
“长二F”运载火箭全长米,起飞重量吨,这么大的推力,来源于火箭发动机。发动机是运载火箭最重要的核心部分,犹如人的心脏,它的表现如何,直接决定着发射成败。1992年,载人航天工程运载工具论证会在北京召开,西安航天推进技术研究院大发动机研究室主任张宝琨受命担任火箭系统副总设计师,具体主抓火箭发动机的设计。
从外形上看,“长二F”火箭发动机虽然与它的前身“长二捆”火箭发动机差别不大,但从内在性能方面进行了大量重要的改进,发动机的可靠性和安全性有了相当大的提高。
长征二号F运载火箭上有大小13台发动机。发动机的可靠性要求是,一级发动机只允许有千分之二的故障率,二级发动机的故障率不允许超过千分之三。要达到这一标准,研究院就必须进行地面长程试车,仅一、二级发动机就需要试车88次。
试车的目的是为了检验发动机质量,暴露发动机隐患,在整个试车过程中必须加大难度。比如一级发动机额定工作160秒,试验时间是600秒,二级发动机额定工作300秒,试验时间就按最大限度600秒来试。二级发动机有四个小发动机,按要求只需运行480秒,但试验时却照着1100秒来做。发动机试车时,要求实际点火燃烧,这种燃烧要比火箭实际运行过程长得多,所以,试车也就是在烧票子。研究院有一笔账,每进行一次地面试车,就要耗资1000万元,“长二F”火箭全做下来将近上百次,那需要烧掉多少钱?
可这种试验又不能不做。因为“长二F”发动机是要送人上天的,安全是第一位的。为了既完成试车程序,又能在经费上承受得住,张宝琨想了个主意,叫作“边缘工况试车”——依照载人航天对火箭发动机的技术要求,在各种最恶劣的工作环境下进行考核,以最少的试车次数获取最大的试验数据。段增斌带着课题组设计出了这种极限式的试车方案。
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