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长征七号甲火箭首飞失利,对中国航天的影响有多大?

长征七号发射失利,是共振问题,还是发动机故障?

昨日,我国在中国文昌航天发射场组织实施长征七号改中型运载火箭首次飞行任务,火箭飞行出现异常,发射任务失利。

长征七号是中国为发射货运飞船而全新研制的新一代中型运载火箭。采用“两级半”构型,箭体总长53.1米,芯级直径3.35米,捆绑4个直径2.25米的助推器 。近地轨道运载能力不低于14吨,700公里太阳同步轨道运载能力达5.5吨。

这并非是长征七号第一次发射,早在2016年,长征七号就在中国文昌航天发射场成功发射,而此次的长征七号改中型运载火箭基于长征七号的新一代中型高轨三级液体捆绑式运载火箭研制的。

长征七号甲火箭全箭总长60.13米,芯一、二级直径3.35米,芯三级直径3米,单个助推器直径2.25米,火箭起飞质量约573吨,主要用于地球同步轨道卫星发射任务,地球同步转移轨道运载能力为7吨,填补我国地球同步转移轨道5.5吨~7吨之间运载能力的空白。

此次长征七号发射采用的是YF-115液氧煤油发动机,它的比冲达到了3.349 km/s,这是是动力学家衡量火箭引擎燃料的能量利用效率的一种标准量,比冲单位质量的推进剂产生的冲量大小。这也是火箭推进剂最最重要的指标之一。也就是说,希望用质量尽量小的燃料,产生出尽量大的推力。

YF-115液氧煤油发动机是我国技术最为成熟的一款航天发动机,是我国目前众多火箭发动机中唯一一型试车时长超过十万秒的,

很多人可能知道一辆汽车在出厂前,要由试车手对车辆性能进行摸索,并给出合格分数,告知大众对车辆感受度。同样的,一型航空发动机在未定型之前也要进行地面标定试验,凭借发动机不同状态下发出的细微声音区别、各种设计参数上下限值以及参数变化趋势对发动机技术状态进行判断和考核,以确定被试发动机是否能够装入飞机进行空中试飞检验。这就是试车。

而且长征七号前两次的发射都非常成功,发动机出问题的可能性不大,最有可能的问题是共振问题引发的发射失利。

航天行业对振动试验有特殊要求,在发射升空高速飞行时都会伴随着“震颤”问题,“震颤”会导致航天设备发生各种大大小小的故障,因此“震颤”问题解决不好后果将不堪设想。

当年,苏联为了追赶美国航天进度,研发了N1超重型运载火箭。整个火箭高度达到105米,满载重量接近2800吨,使用了多达44台的大推力发动机。

火箭在发射过程中突然发生爆炸,当场造成150多名人员遇难,事故原因是一种被称之为“纵向耦合振动”的现象。这种现象由不同发动机产生的推进力变化所致,由于安装了多达44台的大推力发动机,所能产生的振动我们可想而知。一旦发生纵向耦合振动,可变加速度会导致燃料泵的压力趋于不稳定,形成更大的可变加速度,最终让振动与火箭的共振频率相匹配,酿成惨剧。

如果真的是共振引发的问题,那就有很多种可能性了,比如星箭耦合共振,从而引发箭体结构损坏,当然最常见的还是因为兼容性问题,引发的共振。比如1995年1月26日,长征二号E型捆绑式火箭发射美国休斯公司制造的亚太二号通信卫星失败。火箭飞行50秒后,卫星爆炸引起火箭爆炸,星箭俱毁。事后调查认为可能是美方没有告知卫星的谐振频率,导致星箭共振,引起爆炸。

如果仅仅只是共振引发的问题,对接下来的发射任务影响就不大。

但是如果真的是单纯发动机出现问题,影响就很大了,目前可能出现的问题有:二、三级分离失败;火箭三级一次点火失败;三级二次点火失败;火箭二级出问题;火箭一级与助推器出问题等。

而这将对中国接下来的航天任务产生很大的影响,因为包括将实现北斗导航、探月三期等重大工程收官,完成火星探测等重大任务发射,完成长征五号B、长征七号甲、长征八号三型运载火箭首飞,完成亚太6D卫星、集团公司卫星互联网融合试验星等商业卫星的发射,都要依靠这款火箭。

也有些认为是一级和助推器集束分离引起箭体异常震动,损坏结构,甚至是级间段和二级发生碰撞引发的问题。

长七系列的任务是在将来逐步替代长三甲系列,长三甲系列之所以能够成为金牌火箭主力火箭,也是经历了多次失利才成长到今天的。相信长七系列会逐渐成熟,成为新的金牌火箭主力火箭。

失败乃是成功之母,及早发现问题,解决问题,前事不忘,后车之鉴,对中国航天来说,也不是一件坏事。

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