千赢手机客户端-更轻、更强!“上海力量”托举长五B火箭飞天

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长征五号B运载火箭昨天傍晚首飞成功,把近22吨重的新一代载人飞船试验船送入太空,标志着我国载人航天第三步——建造空间站,拉开了序幕。

中国航天科技集团上海航天技术研究院承担了长征五号B四个助推器以及外部安全系统、芯级配套电池等研制工作,提供90%的起飞推力,同时还承担新一代载人飞船试验船能源管理系统、太阳帆板、信息管理功能测控子系统等研制任务。

练出“完美身姿”,减重700多公斤护送“大块头乘客”

与之前的三发长征五号运载火箭相比,长征五号B火箭的四个助推器共减重700多公斤。其中,每个头锥结构减重约12%、近150公斤。据中国航天科技集团上海航天技术研究院长征五号B运载火箭助推结构系统设计师林连镔介绍,由于长征五号系列火箭采用了前捆绑点主传力的结构,在助推器头锥的前捆绑点处,受到高达300多吨的偏置集中力。因此,要在斜头锥里运用增强强度的承力结构,重量占到整个头锥的60%以上。经设计师团队分析,此处减重空间最大。

上海航天技术研究院长征五号助推研制团队展开攻坚,将原头锥捆绑点下方“多层放射筋壁板+主承力桁条”结构,优化为“主承力桁条+主承力厚板”新型结构形式,不仅结构更连续、承载效率更高,还能实现头锥结构减重,一举多得。

同时,设计师还从内部挖潜。据长征五号B运载火箭助推动力系统副主任设计师李会萍介绍道,根据前几发长五的飞行实际,煤油箱的增压气瓶余量较大。经过讨论和分析验证,最终,长征五号B每个助推器中都减少1个气瓶,至少减重23公斤;取消后处理管路之后,每个助推至少减重16公斤。由此,四个助推器各减重约189公斤。

减重成功后,四个助推器,每个身高27.7米、净重14.3吨、腰围3.35米,为长五B全箭提供主支撑作用。当火箭站立时,通过前后捆绑点把自身重量分摊到四个助推器上。每个助推底部都有三条腿,即所谓的支撑点;起飞阶段,助推器为全箭提供90%以上的起飞推力。

最高效太阳电池,实现“塔尖”上的再腾越

能源管理功能是飞船五大功能之一。中国航天科技集团上海航天技术研究院811所承担了本次能源管理功能的抓总研制工作,针对新一代载人飞船实验船的特殊性,实现了多个突破,完成了能源管理系统从神舟飞船到新一代载人飞船的“进化”过程。

新一代载人飞船实验船能源管理系统主任设计师钟丹华介绍,作为国内唯一既有主电源,又有辅助电源的电源系统,新一代载人飞船实验船能源管理系统可以在主电源完全故障的情况下,由辅助电源独立完成任务,可以说是上了双保险。

此外,在新一代载人飞船试验船太阳电池翼上,首次搭载应用了811所研制的光电转换效率为34%的高效砷化镓太阳电池,这也是目前国际空间最高光电转换效率太阳电池。

太阳电池翼是航天器赖以持续飞翔的翅膀,是航天器的动力来源,其性能与可靠性直接关系着航天器是否能顺利完成预定任务。钟丹华介绍,中国的载人登月工程中,新一代载人飞船、载人月面着陆与上升飞行器任务中,高效、高比功率的太阳电池技术是关键技术与必要需求。34%光电转换效率电池,将有效提升中国太空与深空飞行器的发电能力,支撑中国航天电源系统的更新换代。

据介绍,国际上空间应用的太阳电池翼主电源主要为光电转换效率30%的太阳电池。此前,世界上空间型号应用的最高效率太阳电池电路产品光电转换效率为32%。

从30%到32%再到34%,看似只有2%的转换效率提升,却可以说是该技术体系“塔尖上的再腾跃”。为此,研制人员开展了系列技术攻关,如采用新型覆盖短波、中波太阳光的宽/中带隙半导体材料,进一步降低载流子热损、提高太阳光谱的能量利用率,攻克和解决失配材料生长的技术难点,宽光谱低反射率调配技术等,填补了国际相关产品的领域空白,达到国际领先水平。