長征七號火箭可靠性卓越,為什麼第三次發射就失敗了?

航天發射從來都是充滿著風險與未知,沒有誰敢說自己可以百分之百地成功。這不,長征7號改型運載火箭的第三次發射失敗了。

長征7號可靠性很高

長征7號是我國2008年開始研發的一款中型運載火箭。最早的時候,它被定為長征2F運載火箭的一款改進型號,將N2O4/UDMH(四氧化二氮/偏二甲肼)火箭發動機改為RP-1/LOX(液氧煤油)發動機,以提升火箭的推進性能。由於推進系統的改進涉及相關一系列的改變,因此在2010年,新火箭被正式命名為“CZ-7”,表明它已經成為一個全新的型號。

長征七號火箭可靠性卓越,為什麼第三次發射就失敗了?

等待發射的長征7號火箭

從公開渠道得知的情況,儘管長征7號火箭是一款全新的運載火箭,它應用的新技術超過96項,佔比達70%,但總體上看這些都是成熟技術。換句話說,長征7號用的大多是在其它型號火箭上驗證過的新技術。

我們在前面說了,長征7號是在長征2-F火箭基礎上發展而來的,其芯級為3.35米直徑的液體火箭、有四枚2.25米直徑的助推器,它的底子就是長征2F。這是一型高可靠的中型運載火箭,已經多次執行載人航天發射任務。

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長征2-F火箭可靠性極高

與長征2F不同的是,長征7號將芯一級火箭與助推器的發動機換成了120噸級YF-100液氧煤油發動機,所以我們看它捆綁的四枚助推火箭比CZ-2F要長許多。這種發動機我們也很熟悉,它就是長征5號(胖五)火箭使用的同型號發動機,其可靠性也已經通過多次發射得到了驗證。

長征7號是二級半火箭,它的第二級直徑為3.35米,安裝了4臺18噸推力雙機雙擺YF-115富氧化劑的分級燃燒液氧煤油發動機,這型發動機是長征6號火箭的主發動機。

此次發射的長征7A火箭是長征7號的改進型,它在二級火箭上方加了一個第三級,由YF-75液氫液氧發動機推進,這與長征3號火箭的第三級完全相同,其目的是將“新技術驗證6號”衛星送到指定軌道。

由於長征7號火箭採用的全是已經驗證過的技術,其控制系統和增壓系統冗餘充足,控制精度大幅度提高,所以它的總體可靠性設計指標達0.98以上,這是國際最先進水平,從而成為下一代載人飛船和空間站貨運飛船運載火箭的首選。

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長征7號巨大的整流罩

長征7A的失利過程

CZ-7A火箭是在飛行過程中發生了爆炸。

3月16日21時34分,長征7A運載火箭從海南文昌航天發射場順利升空,飛行36~37秒後,火箭助推器與芯一級分離、一級火箭關機;38~40秒,一二級分離;44秒,二級火箭順利點火。

52秒時,火箭發生了爆炸。

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長征7A火箭在52秒時發生爆炸

原因分析

長征7號火箭雖說是一個新的型號,但它的任何一個部分拿出來都是成熟的技術、成熟的產品,並且此前的兩次發射都很完美,說明火箭的總體設計不存在大問題。同時考慮到咱們的航天人追求“萬無一失”的嚴謹工作作風,火箭在製造過程中由於低級失誤造成故障缺陷基本也不存在。

從發射過程看,芯一級與助推器沒有問題,火箭的爆炸是在52秒發生,這時候二級點火成功,但二、三級沒有分離,因此故障出現在芯二級以上。

如果排除高空風切變這一客觀原因,芯二級又是經過長征6號多次驗證過的,那麼火箭自身的共振造成解體就成為重點考慮的因素。

近年來我國運載火箭因共振造成發射失敗的例子並不鮮見。

1995年1月26日,我們利用長2捆綁火箭發射亞太二號通信衛星失敗,飛行約50秒後衛星爆炸進而引發火箭爆炸。調查結果是美國休斯公司出於“保密”原因沒有把關鍵的衛星諧振頻率告訴我們,在火箭飛行過程中出現星箭共振,導致爆炸。

長征七號火箭可靠性卓越,為什麼第三次發射就失敗了?

凌空爆炸的火箭

2017年6月19日,長征-3B火箭發射中星9A失敗;同年7月2日,長征5號發射實踐18號衛星也失敗了。這兩次失利的調查結果未公佈,但亞太二號衛星、中星9A、實踐18、以及這一次發射的新技術驗證衛星6號有一個共同點,就是衛星很大很重很貴,有巨大的太陽能電池板和巨大的天線。

我們知道衛星的太陽能電池和SAR天線在發射時是收攏狀態,就位後再太空展開,它們與衛星間並非剛性連接,因此在火箭飛行過程中很容易發生耦合共振現象。

長征七號火箭可靠性卓越,為什麼第三次發射就失敗了?

楊利偉在升空過程中也遭遇低頻共振險情

還記得楊利偉在回來之後說過的話嗎?他說在火箭升空的過程中由於強烈的低頻振動,一度以為自己快要犧牲了,這說明長長的箭體在飛行過程中的振動是相當厲害的,嚴重時完全可以造成燃料管路破裂、火箭空中解體爆炸。

有朋友可能會說,咱們早已經有了振動試驗檯,星箭應該做過振動實驗。話雖這麼說,考慮到高空氣流和火箭飛行過程中可能出現的各種狀況十分複雜,一些看似細小的問題因為某些偶然因素被放大,這並不是振動實驗所能全部涵蓋的。

總結:

長征7號發射失利的原因究竟如何,我們還需靜待官方的調查結果。無論最終結論是否會公佈(如果衛星不適合公開,我們就不會知道真正的結果),我們都應該相信長征7號是一款高可靠性的火箭。

長征七號火箭可靠性卓越,為什麼第三次發射就失敗了?

垂直轉運中的長征7號運載火箭

如果真如本文所猜測的那樣,長征7號的失利是由星箭耦合振動引起,相信科學家們會加以重視,並很快找到解決辦法。

長征7號發射失利是在一級火箭分離之後發生,因此可以排除長征5號液氧煤油發動機存在隱患,不會對“胖5”後續的發射和空間站建設任務造成影響。

我們的征途是星辰大海,我們的腳步不會停止,為中國航天人加油!


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