长征七号火箭发射失利的原因是什么?

江韵吟Olivia  江韵吟Olivia     2020-03-26      0

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​​老粥科普-头条号 2020/3/1717:36
#长征七号 发射失利#

航天发射从来都是充满着风险与未知,没有谁敢说自己可以百分之百地成功。这不,长征7号改型运载火箭的第三次发射失败了。

长征7号可靠性很高
长征7号是我国2008年开始研发的一款中型运载火箭。最早的时候,它被定为长征2F运载火箭的一款改进型号,将N2O4/UDMH(四氧化二氮/偏二甲肼)火箭发动机改为RP-1/LOX(液氧煤油)发动机,以提升火箭的推进性能。由于推进系统的改进涉及相关一系列的改变,因此在2010年,新火箭被正式命名为“CZ-7”,表明它已经成为一个全新的型号。

从公开渠道得知的情况,尽管长征7号火箭是一款全新的运载火箭,它应用的新技术超过96项,占比达70%,但总体上看这些都是成熟技术。换句话说,长征7号用的大多是在其它型号火箭上验证过的新技术。

我们在前面说了,长征7号是在长征2-F火箭基础上发展而来的,其芯级为3.35米直径的液体火箭、有四枚2.25米直径的助推器,它的底子就是长征2F。这是一型高可靠的中型运载火箭,已经多次执行载人航天发射任务。



与长征2F不同的是,长征7号将芯一级火箭与助推器的发动机换成了120吨级YF-100液氧煤油发动机,所以我们看它捆绑的四枚助推火箭比CZ-2F要长许多。这种发动机我们也很熟悉,它就是长征5号(胖五)火箭使用的同型号发动机,其可靠性也已经通过多次发射得到了验证。

长征7号是二级半火箭,它的第二级直径为3.35米,安装了4台18吨推力双机双摆YF-115富氧化剂的分级燃烧液氧煤油发动机,这型发动机是长征6号火箭的主发动机。

此次发射的长征7A火箭是长征7号的改进型,它在二级火箭上方加了一个第三级,由YF-75液氢液氧发动机推进,这与长征3号火箭的第三级完全相同,其目的是将“新技术验证6号”卫星送到指定轨道。

由于长征7号火箭采用的全是已经验证过的技术,其控制系统和增压系统冗余充足,控制精度大幅度提高,所以它的总体可靠性设计指标达0.98以上,这是国际最先进水平,从而成为下一代载人飞船和空间站货运飞船运载火箭的首选。

长征7A的失利过程

CZ-7A火箭是在飞行过程中发生了爆炸。


3月16日21时34分,长征7A运载火箭从海南文昌航天发射场顺利升空,火箭助推器与芯一级正常分离、一级火箭顺利关机;170秒,一二级分离;随后二级火箭顺利点火。


之后火箭发生了爆炸。

原因分析
长征7号火箭虽说是一个新的型号,但它的任何一个部分拿出来都是成熟的技术、成熟的产品,并且此前的两次发射都很完美,说明火箭的总体设计不存在大问题。同时考虑到咱们的航天人追求“万无一失”的严谨工作作风,火箭在制造过程中由于低级失误造成故障缺陷基本也不存在。

从发射过程看,芯一级与助推器没有问题,火箭的爆炸是在二级点火成功后发生,因此故障可能出现在芯二级以上。

如果排除高空风切变这一客观原因,芯二级又是经过长征6号多次验证过的,那么火箭自身的共振造成解体就成为重点考虑的因素。

近年来我国运载火箭因共振造成发射失败的例子并不鲜见。

1995年1月26日,我们利用长2捆绑火箭发射亚太二号通信卫星失败,飞行约50秒后卫星爆炸进而引发火箭爆炸。调查结果是美国休斯公司出于“保密”原因没有把关键的卫星谐振频率告诉我们,在火箭飞行过程中出现星箭共振,导致爆炸。

长征七号火箭发射失利的原因是什么?
2017年6月19日,长征-3B火箭发射中星9A失败;同年7月2日,长征5号发射实践18号卫星也失败了。这两次失利的调查结果未公布,但亚太二号卫星、中星9A、实践18、以及这一次发射的新技术验证卫星6号有一个共同点,就是卫星很大很重很贵,有巨大的太阳能电池板和巨大的天线。

我们知道卫星的太阳能电池和SAR天线在发射时是收拢状态,就位后再太空展开,它们与卫星间并非刚性连接,因此在火箭飞行过程中很容易发生耦合共振现象。

长征七号火箭发射失利的原因是什么?
还记得杨利伟在回来之后说过的话吗?他说在火箭升空的过程中由于强烈的低频振动,一度以为自己快要牺牲了,这说明长长的箭体在飞行过程中的振动是相当厉害的,严重时完全可以造成燃料管路破裂、火箭空中解体爆炸。

有朋友可能会说,咱们早已经有了振动试验台,星箭应该做过振动实验。话虽这么说,考虑到高空气流和火箭飞行过程中可能出现的各种状况十分复杂,一些看似细小的问题因为某些偶然因素被放大,这并不是振动实验所能全部涵盖的。

总结:
长征7号发射失利的原因究竟如何,我们还需静待官方的调查结果。无论最终结论是否会公布(如果卫星不适合公开,我们就不会知道真正的结果),我们都应该相信长征7号是一款高可靠性的火箭。

如果真如本文所猜测的那样,长征7号的失利是由星箭耦合振动引起,相信科学家们会加以重视,并很快找到解决办法。

长征7号发射失利是在一级火箭分离之后发生,因此可以排除长征5号液氧煤油发动机存在隐患,不会对“胖5”后续的发射和空间站建设任务造成影响。

我们的征途是星辰大海,我们的脚步不会停止,为中国航天人加油!​​​​


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