长征七号运载火箭入轨有多精准?

发布时间 : 2017-07-31     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  长征七号运载火箭(简称“长七”火箭)入轨前,发动机的推力是常规火箭的7.6倍,入轨精度要求比长征二号F运载火箭执行交会对接任务时还要提高10%。这就相当于一辆高速行驶的列车,拉住刹车,要精确停在站台位置,难度很大。

△长七火箭

关键时刻“一锤定音”

  入轨精度是评价运载火箭性能的一项重要指标。作为我国未来的“主力”火箭,长七火箭不仅要发射飞船,还要发射大量卫星,入轨精度必须向高要求看齐。
  与现役火箭不同的是,为提升运载能力,长七火箭在二级采用了最大推力可达18吨的4台液氧煤油发动机。而入轨前,发动机推力越大,火箭加速度越大,入轨精度也就越难保证。
  制导系统主任设计师吕新广说:“精确入轨要看两个方面:一是过程控制,过程优则省时省力;二是终端控制,关键时刻‘一锤定音’。”
  据介绍,为了实现高精度入轨,长七火箭采用了高精度的激光陀螺和光纤陀螺惯性测量组合的设计方法。
  在过程控制上,长七火箭控制系统能够快速为火箭规划出最佳的飞行路线。吕新广将其作了一个形象的比喻:  “就像大家常用的地图导航,能根据当前所在位置和目的地,不断刷新下一步的最佳路线。”
  在终端控制上,设计师系统采用了带预测修正的制导方法,可以提前预见偏差,并实时修正偏差,保证入轨精度。

让火箭“四肢协调” 飞得更稳

  长七火箭助推器的长度是现役火箭的近两倍,从而能够加注更多的推进剂,提升运载能力。而这个“细长”的构型,却给火箭姿态控制带来了不小的挑战。
  在长七火箭飞行中,芯级发动机和助推器发动机都要摆动。飞行过程中,通过和芯级的多点连接,可以抑制细长体助推器的弹性和晃动,但由此一来助推器的运动又反过来影响了芯级。四个助推器和芯级就这样彼此“纠缠”在一起,相互影响,对火箭稳定飞行、精确入轨带来了不利影响。
  姿控系统主任设计师李新明说:“如果把助推器比作人体的双臂,芯级就是人体的两条腿,四肢必须协调匹配,才能走得稳。例如,人在走独木桥时,当脚步踉跄会下意识地摆动手臂来保持平衡,但摆得不好反而会加速失稳。”控制系统的作用就是使火箭“四肢”的运动协调,形成合力,让火箭飞得更好,而不是互相干扰。
  面对联合摇摆给火箭的姿态稳定控制带来的难题,设计师系统最终利用“纠缠”中的有利因素抑制不利因素,不仅解决了稳定飞行的难题,还使得火箭具有更大的抗干扰能力,提高了飞行可靠性。
  据介绍,长七火箭飞行中,不论是轨道面,还是轨道形状,都实现了精确控制,最终实现了精确入轨。

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