载人航天的不二之选 长征二号F火箭有何独门绝招?

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  长征二号F是现阶段中国唯一的载人火箭,从杨利伟乘神舟五号一飞冲天,到2022年6月神舟十四号太空人运行建造太空站任务,都离不开它的举托。长征二号F为什么成能为中国载人航天的不二之选?它有什么独门绝招?

长征二号F能自动检测处理故障

   长征二号F火箭全长近60米,芯级直径3.35米,起飞重量479.8吨,起飞推力约600吨,足以把8.4吨载荷送上近地轨道。它于1999年11月19日首次发射,把中国第一艘实验飞船“神舟一号”送入太空。

  此后的历次载人及不载人的神舟任务,包括2022年6月的神舟十四号任务,还有以往的天宫一号和二号实验舱,以及疑似可重复使用空天飞机的发射,都是由“长征二号F”负责;它也是中国目前唯一有载人能力的火箭,被称为“神箭”。

  为什么中国其他火箭没有载人能力?其实载人与发射卫星的火箭看起来差不多,却存在绝对的分别:前者除了要安全可靠、有足够推力把载人飞船送上太空外,更必须具备逃逸救生系统,以最大程度保障太空人安全;这系统非常复杂,公认是火箭研制中“最难啃的一块骨头”。

现阶段的神舟飞船载人航天任务离不开长征二号F火箭,它的安全和可靠是对太空人最大保障。图为神舟十号太空人聂海胜(中)张晓光(左)王亚平(右)在飞船返回舱内训练的情况。(图片来源:视觉中国)

  以长征二号F火箭来说,它的逃逸救生系统包括配备了两套控制设备,如果主控制设备出现了故障,可以马上切换到备份继续工作。

  它还加上了故障自动检测处理系统。该系统在火箭等待发射阶段和上升阶段,可以对故障进行自我检测和诊断,并发出信号。

  如果故障发生时,太空人在发射塔而未进入飞船,即可跳进塔内的“逃逸布袋”逃生;“逃逸布袋”可以想像为一个布做管道,太空人跳进去后会像溜滑梯般滑到地下室的安全区。

  延伸阅读:建成中国太空站!详解神舟十四号任务

长征二号F逃逸塔保障太空人安全

   如果故障发生时太空人已经进入飞船,飞船即将或已经起飞,则自动故障检测处理系统会启动第二重逃逸设施──逃逸塔。

  逃逸塔是长征二号F顶上像避雷针的部份,是载人火箭最直观的识别,美、俄多数载人火箭亦有同类设备。而非载人火箭,即使长征二号F用于发射天宫试验舱时都不会有。

  长征二号F的逃逸塔高8米多,全身共有装有三款共6部固体燃料引擎,可说是一发“小火箭”。若故障出现在发射后120秒内,即火箭处于0至3.9万米高度时,引擎便会点火,使逃逸塔带着神舟飞船(不包括飞船的推进舱)与火箭分离,并迅速离开火箭轨道,防止与火箭相撞。到了安全空域,飞船返回舱便打开减速伞,慢慢着陆。

长征二号F火箭顶部像避雷针的就是逃逸塔(上圈),整流罩(下圈)内就是神舟飞船的位置。(网上图片)

  若火箭一切正常,顺利爬升到了3.9万米高空,逃逸塔使命便告结束,它会脱离火箭及被抛弃。此后若火箭有固障,“长征二号F”的逃逸系统就会启动高空逃逸模式。

  具体来说,发射后120到200秒,亦即火箭处于3.9万米至11万米(110公里)高时,“长征二号F”的整流罩(原来逃逸塔下方、包裹着飞船的部份),开始承担应急救生任务。

  该整流罩装有两款共6部固体燃料引擎,遇险时它马上点火,提供足够动力把飞船带离开箭体。其操作与逃逸塔类似,航天用语称之为“无塔逃逸”。

长征二号可靠 发射成功率100%

   长征二号F继续爬升到110公里高度以上,它的整流罩又会被抛弃。此际火箭已进入太空,如果火箭在抛整流罩至箭船分离(大约是发射后近6分钟)之间有故障,则神舟飞船将与火箭应急分离,利用自身引擎动力进入轨道。

  当然,具备逃逸救生系统是长征二号F的最大特点,但这些设施从未使用,因为它自1999年首发以来,它一直安全可靠,发射成功率是100%。大家更相信,长征二号F将继续保持这纪录,让逃逸设施成为摆设。  

  顺带一提,因应中国载人航天的发展,当局已研制多于一种新型号载人火箭,在不久的未来长征二号F火箭将不再“孤单”。而一些航天迷会好奇,这些新载人火箭的逃逸救生系统,是否仍包括长征二号F标志性的逃逸塔。

长征二号F火箭芯级直径3.35米,这是因应铁路运输的限制。在海南文昌航天发射中心建成后,这限制将被打破,未来载人火箭直径肯定会更大。(图片来源:视觉中国)

  事实上,美国Space X的“猎鹰九号”火箭,发射载人“龙飞船”时就没有逃逸塔,甚至没有整流罩,因为“龙飞船”返回舱本身就装有反推引擎,足以发挥逃逸塔的功能。

  而中国的长征五号B火箭,2020年发射新一代载人飞船试验船的时候,同样没有安装逃逸塔,惟有人认为这只是试验船测试,没必要“全状态”,所以不能作准。

  无论如何,中国未来的载人火箭最终是什么模样,大家还要拭目以待。

  延伸阅读:神舟十四号、十五号航天员乘组已选定 将共同在轨驻留5-10天

长征二号F火箭发射成功率100%。图为发射神舟十四号飞船的长征二号F火箭垂直转运到发射塔。(图片来源:视觉中国)

 

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