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  我实验室团队助力"长征五号"飞天  
     
 
       11月3日20时43分,我国最大推力新一代运载火箭长征五号从中国文昌航天发射场点火升空,约30分钟后,载荷组合体与火箭成功分离,进入预定轨道,长征五号跻身全球最强火箭行列。复杂航天系统电子信息技术院重点实验室周炳红研究员团队在长征五号研制中承担了级间分离过程中上面级推进剂状态研究任务。团队围绕级间分离时序的选择与确定,开展了关键技术攻关工作,确保了上面级液氢液推进剂可靠沉底,为长征五号上面级主发动机成功启动做出了重要贡献。
     多级液体运载火箭曾多次在级间分离阶段出现故障。2006年以来,美国SPACEX公司的Falcon 1号(法尔肯1号)火箭在初始的三次试射中均遭遇失败,其原因主要是推进剂沉底控制和级间分离时序设计错误。无独有偶,波音公司的Delta IV火箭也在推进剂沉底控制方面出现了严重问题,导致火箭发射推迟了九个月。
 
    图:国外几种火箭发射故障情况:红色表示级间分离故障
 
       复杂航天系统电子信息技术院重点实验室周炳红研究员团队从2008年开始,全面总结了国内外在液体火箭推进剂沉底控制方面的研究经验,提出了完善的研究分析模型。研究成果先后在长征二号上面级主动离轨(减少空间碎片)、探月工程中长征三号上面级延长微重力滑行时间等方面成功应用。
  在长征5号第一级和上面级火箭分离过程中,上面级火箭贮箱中的推进剂经历了复杂的流动过程,控制不当容易导致增压气体进入推进剂管路,导致主发动机点火失败。为了保证上面级主发动机点火成功,研究团队与运载火箭研究院总体部工程人员反复研讨,建立了完整的计算分析模型。该模型将级间分离过程划分为初始过载晃动段、一级关机过渡段、微重力滑行段、推进剂沉底段、主发动机点火段五个阶段,对液氢贮箱和液氧贮箱的流体动力学过程进行三维直接数值模拟。此外,团队还全面考虑了超过二十种可能出现的飞行状态,支撑研究推进剂的运动形态和分布规律,特别是增压气体的运动形态和规律。通过详尽的数值仿真计算研究,最终确定了级间分离时序,提出了方案优化建议,保证了长征五号上面级主发动机的成功启动,为长征五号成功发射保驾护航。