一、引言
1992年，中國(guó)發(fā)射了載人航天工程，因此長(zhǎng)征二號(hào)E火箭的基礎(chǔ)上，長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭是專門為發(fā)射神舟飛船。經(jīng)過多年的適應(yīng)性改造，其在低地球軌道上的運(yùn)載能力已提高到11.2噸，不僅可以在低地球軌道上發(fā)射各種有效載荷，還可以發(fā)射月球探測(cè)器或星際探測(cè)器。1999年11月20日，它從酒泉衛(wèi)星發(fā)射了中國(guó)第一艘神舟測(cè)試飛船。在太空飛行了21個(gè)小時(shí)完成預(yù)定的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)后，它于第二天清晨成功降落在內(nèi)蒙古中部地區(qū)。這是中國(guó)航天史上的一個(gè)重要里程碑。2003年，長(zhǎng)征二號(hào)F火箭成功地將中國(guó)第一位宇航員楊利偉送入太空。到目前為止，長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭仍是中國(guó)唯一可用于載人航天的運(yùn)載火箭。那么這種火箭的特點(diǎn)是什么？
長(zhǎng)征二號(hào)E火箭，我國(guó)首次采用了并聯(lián)助推器的技術(shù)，為長(zhǎng)征二號(hào)F打下了良好的基礎(chǔ)
二、長(zhǎng)征二號(hào)F火箭的基本參數(shù)
長(zhǎng)征2 F是一種新型捆綁式大推力運(yùn)載火箭?；鸺傞L(zhǎng)58.34米，起飛質(zhì)量479.7噸，核心直徑3.35米，四個(gè)助推器直徑各為2.24米，整流罩最大直徑為3.8米。它有發(fā)射天宮空間實(shí)驗(yàn)室和載人飛船兩種狀態(tài)，運(yùn)載能力分別為8.6噸和8.15噸。火箭由九個(gè)系統(tǒng)組成，包括火箭結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、利用系統(tǒng)、遙測(cè)系統(tǒng)、外部安全系統(tǒng)、故障檢測(cè)系統(tǒng)、附加系統(tǒng)和地面支持系統(tǒng)?；鸺l(fā)射載人宇宙飛船增加了逃生系統(tǒng)，總共包括10個(gè)系統(tǒng)。
長(zhǎng)征二號(hào)F
普通火箭的故障率隨著火箭系列的增加而呈指數(shù)增長(zhǎng)。因此，為了保證安全性能，載人火箭一般使用大約兩級(jí)火箭，最多幾個(gè)助推器并聯(lián)成兩個(gè)半級(jí)火箭。這是長(zhǎng)征二號(hào)F的設(shè)計(jì)。另外，為了滿足載人航天的需要，長(zhǎng)征二號(hào)F火箭進(jìn)一步提高了火箭機(jī)體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力裝置、控制系統(tǒng)和遙測(cè)系統(tǒng)的可靠性，還增加了故障檢測(cè)處理系統(tǒng)和逃生系統(tǒng)，使火箭飛行的可靠性達(dá)到0.97，航天員的安全性達(dá)到0.997。然而，沒有逃生塔，因?yàn)殚L(zhǎng)征二號(hào)F火箭發(fā)射的天宮飛機(jī)版本中沒有宇航員。讓我們具體看看長(zhǎng)征二號(hào)F火箭的區(qū)別:
三、長(zhǎng)征二號(hào)F火箭的與眾不同之處
1、“避雷針”一樣的逃逸塔
首先要說的是長(zhǎng)征二號(hào)F火箭的頂部就像一根避雷針，是火箭的逃生塔。一旦火箭處于嚴(yán)重危險(xiǎn)之中，如果火箭在起飛前900秒至起飛后120秒內(nèi)，或者在0至39公里之間發(fā)生故障，威脅到宇航員的生命安全，宇航員可以利用逃生塔將火箭下部的油箱與發(fā)動(dòng)機(jī)分開，啟動(dòng)逃生塔的發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣宇航員就有機(jī)會(huì)安全返回地面。
長(zhǎng)征二號(hào)F逃逸塔，“避雷針”上黑的為發(fā)動(dòng)機(jī)噴口，下邊方塊狀的即為氣動(dòng)?xùn)鸥?，用于降落時(shí)調(diào)整姿態(tài)。
2、完善的故障檢測(cè)系統(tǒng)
據(jù)說長(zhǎng)征二號(hào)F的逃生塔可以為宇航員在危險(xiǎn)時(shí)期的生命安全提供保障。然后問題來了。我們?nèi)绾闻袛嗷鸺欠癜踩?？什么時(shí)候需要一個(gè)完整的火箭故障檢測(cè)系統(tǒng)？長(zhǎng)征二號(hào)F火箭故障檢測(cè)與處理系統(tǒng)用于在點(diǎn)火前檢測(cè)火箭的重要飛行參數(shù)，并根據(jù)預(yù)定的故障模式自動(dòng)判斷故障。如果發(fā)現(xiàn)故障，它將立即向火箭系統(tǒng)和航天器發(fā)送飛行停止命令和逃逸命令。經(jīng)過研究和試驗(yàn)，以300多種故障模式為故障檢測(cè)子系統(tǒng)的基礎(chǔ)，確定了11種故障模式，并對(duì)所需的軟件進(jìn)行了改進(jìn)和完善，故障檢測(cè)處理器達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，最終實(shí)現(xiàn)了自檢測(cè)、自診斷和發(fā)送故障信息以逃離子系統(tǒng)的目標(biāo)。
3、高冗余設(shè)計(jì)
長(zhǎng)征二號(hào)F火箭有成千上萬個(gè)部件，任何部件的任何問題都可能導(dǎo)致火箭故障，這將給宇航員帶來嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了盡可能減少這種風(fēng)險(xiǎn)，火箭應(yīng)該首先設(shè)計(jì)高冗余度，并且應(yīng)該設(shè)計(jì)兩個(gè)或更多的重要系統(tǒng)。這樣，當(dāng)一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，備份系統(tǒng)可以立即置于頂部。長(zhǎng)征二號(hào)F火箭在保證性能的前提下，采用冗余設(shè)計(jì)消除薄弱環(huán)節(jié)，火箭控制系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)達(dá)到95%以上。
例如，從神舟Ⅲ號(hào)發(fā)射開始，實(shí)施了系統(tǒng)平臺(tái)慣性冗余方案，在發(fā)生故障時(shí)從平臺(tái)轉(zhuǎn)向捷聯(lián)慣性組，提高了制導(dǎo)和姿態(tài)控制的可靠性，提高了速度陀螺、伺服機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵電子產(chǎn)品的電源電池?cái)?shù)量，提高了電源的可靠性，增加了各種載體、輸出信號(hào)的冗余度，提高了信號(hào)傳輸和接收的可靠性等。這一系列高冗余冗余冗余冗余度保證了長(zhǎng)征Ⅱ號(hào)火箭的可靠性指標(biāo)從長(zhǎng)征Ⅱ號(hào)的0.91提高到0.97。
4、增加安全設(shè)施和手段
我們知道火箭有自己的氧化劑和燃燒劑。此外，火箭上還有各種電源、管道和煙火分離裝置。一旦這些危險(xiǎn)被誤點(diǎn)燃，將會(huì)造成巨大的損失。為了萬無一失，研究人員為長(zhǎng)征二號(hào)F火箭增加了許多安全設(shè)施和手段，如增加了許多物理隔離措施和采用安全機(jī)制來防止意外點(diǎn)火，從而大大提高了火箭飛行的可靠性。
四、長(zhǎng)征二號(hào)F火箭的發(fā)射成績(jī)
1999年11月20日，長(zhǎng)征二號(hào)F火箭在中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射了中國(guó)第一艘無人駕駛實(shí)驗(yàn)飛船“神舟一號(hào)”，開始了長(zhǎng)征二號(hào)F火箭“神箭”般的生命歷程。2003年10月15日，長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭將搭載中國(guó)首位宇航員楊利偉的神舟五號(hào)宇宙飛船準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道。這一壯舉使中國(guó)載人航天工程取得了歷史性突破，成為世界上第三個(gè)獨(dú)立開展載人航天活動(dòng)的國(guó)家。兩年后，2005年10月12日，長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭將神舟六號(hào)載人飛船送入太空，這是中國(guó)第二次八號(hào)運(yùn)載火箭太空飛行。
到目前為止，長(zhǎng)征二號(hào)F火箭已經(jīng)成功地完成了所有神舟飛船的發(fā)射任務(wù)，并成功地將天宮一號(hào)和天宮二號(hào)送入太空。發(fā)射的成功率是100%，所以長(zhǎng)征二號(hào)F火箭也被稱為“神箭”。
五、總結(jié)
毫無疑問，長(zhǎng)征二號(hào)F火箭的巨大成功離不開宇航員的辛勤工作。正是他們的辛勤工作和一絲不茍的工作態(tài)度，使得火箭的所有問題盡可能地在地面上被消除，從而實(shí)現(xiàn)了零失誤。中國(guó)的載人航天工程起步較晚，落后于世界航天強(qiáng)國(guó)幾十年。然而，歷經(jīng)千辛萬苦，世界上的一切都是艱難的。廣大航天員以艱苦卓絕、兢兢業(yè)業(yè)、攻堅(jiān)克難的精神，推動(dòng)了中國(guó)載人航天事業(yè)的快速發(fā)展。雖然與美國(guó)這樣的太空強(qiáng)國(guó)相比還有一定差距，但我們已經(jīng)基本達(dá)到了世界先進(jìn)水平。
如今我國(guó)第五個(gè)航天日剛剛過去，祝愿祖國(guó)的航天事業(yè)更加輝煌！
