中国目前航天发射任务繁重
不过中国航天面临的的形势截然相反,未来将会有越来越多的民用和军用航天发射任务,不论是资源、海洋、风云和北斗系列,还是遥感和实践系列需要发射的卫星数量的都在增加。随着嫦娥一号的发射成功深空探测等科学研究任务启动,又增加了月球、火星和小行星探测以及空间天文学任务的发射任务,还有重中之重的载人航天任务。虽然就单个任务如载人航天来说,目前的发射能力即使应对2020年前后空间站的维持也没有问题,但众多航天项目的总计就远远超出了现有发射能力,这种形式要求中国航天必须具备高密度发射能力。从提高航天产业的技术水平和竞争力上说,由于缺少对外技术交流,中国很难像欧洲和日本那样直接获得美苏先进可靠的运载火箭技术,或许只能在高密度发射的需求与压力下,促进航天系统各方面的进步,从总体设计、质量管理和维护检测等方面提高中国运载火箭的技术水平。
中国长征2F火箭在火箭设计上做出了诸多有益探索,有效提高了火箭的可靠性指标。未来在这种思路的影响下,将会提高中国的航天发射能力。
长征2F在设计上作出诸多探索
高密度发射本身要求运载火箭具有更高的可靠性,而可靠性的决定因素是设计,在这方面中国载人航天的长征二号F火箭已经做了很多有益的探索。长征二号F火箭是中国按照高可靠性和高安全性原则设计的第一种运载火箭,从而成为中国可靠性指标最高的火箭。长征二号F火箭设计中广泛使用了冗余设计和裕度设计,针对中国工业水平不高元器件质量较差的的问题,进一步提高了元器件质量等级要求和筛选标准,箭体结构设计上提高了剩余强度系数,所使用的发动机也加入了提高可靠性的设计。此外还用了钝感火工品降低火工品误爆的可能性,从而大幅度提高安全性,在提高维护性上还研制了更有效的故障检测系统。经过一系列设计上的改进,长征二号F火箭可靠性指标从0.91提高到0.97,保证了中国载人航天历次发射的成功。发射天宫一号的长征二号F火箭进一步改进设计提高可靠性,编号为长征二号F/G。借鉴长征二号F火箭的设计对原有长征火箭进行升级,是提高可靠性适应高密度发射的上佳选择。
呼唤高密度发射的航天生产链
苏联和美国最初的运载火箭都派生自洲际导弹,虽然他们的工业基础好得多,设计上也更精良,但早期的可靠性和维护性也并不出色。他们在生产和发射过程中积累了丰富的经验,通过改进和简化火箭设计提高可靠性,使用标准化生产提高元器件的质量与可靠性,在现代管理体制下进行工业化生产和检测,从而完成了运载火箭从实验室产品到流水线工业品的转变,不仅实现了更高的可靠性,也满足了高密度发射任务的需求。以联盟火箭为例,它不仅是迄今为止发射数量最多的火箭,发射次数达到了1800多次,曾创造连续133次发射成功的记录。不过对老式火箭进行改进毕竟受到原始设计的制约,美国运载火箭可靠性和可维护性得到本质的提高,还是要到后来全新设计的渐进一次性运载火箭(EELV)。
虽然落后美苏数十年,但中国近年来实现了火箭的批量化生产,并进行质量与管理体制的改革,适应运载火箭大规模生产和高密度发射的需求,尤其是通过质量管理体制改革,通过严格的质量控制和持续改进提高产品可靠性。但要改变过去低频率发射时代把火箭当作试验品,依靠人力反复检测的老办法,目前看来根本的方法还是要提升火箭设计水平,提高可靠性维修性和保障性(RMS)。
相比载人航天工程在实际收益上的不确定性,具备高密度航天发射能力后,就能在短时间内发射各类所急需的航天器,能带来的收益却是显而易见的。不过目前来看,高密度航天发射对中国无疑是一个高高的坎,能否跨越这个坎,也决定着中国能否成为比肩美俄的航天强国。加拿大华人网 http://www.sinoca.com/