長征七號(hào)火箭的“冰火兩重天”

新華社海南文昌6月25日電(記者曾濤、陳曦、王玉山)新一代中型運(yùn)載火箭長征七號(hào)在燃料使用上以液氧和煤油為主，這就對(duì)火箭的燃料加注貯存以及點(diǎn)火后的高溫處理提出了更高要求。航天科技集團(tuán)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院的技術(shù)人員稱，處理好燃料貯箱的極低溫度與火箭火焰的超高溫度這個(gè)“冰火兩重天”，是火箭發(fā)射的重要工藝之一。

長征七號(hào)之“冰”：燃料溫度極低，加注貯存有講究

在發(fā)射之前，長征七號(hào)要完成170立方米的煤油和340噸液氧的加注。其中，液氧的溫度達(dá)到了零下183攝氏度。存儲(chǔ)液氧的貯箱，采用機(jī)械銑工藝，較以往化學(xué)銑工藝的貯箱更加輕質(zhì)化、環(huán)保無污染。同時(shí)，貯箱的制造采用絕熱工藝，在各層之間抽真空，保證了貯箱的保“冷”效果。

液氮雖然不是燃料之一，但是它在火箭發(fā)射中也起到了重要作用。在燃料加注前，發(fā)射場(chǎng)的工作人員要用液氮對(duì)燃料管道進(jìn)行吹除。因?yàn)橐旱臏囟缺纫貉踹€低，用液氮吹除管道不僅降低了成本，還能更加高效快速地為管道降溫。

據(jù)海南文昌衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)加注團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張繼介紹，他們?cè)诩幼r(shí)需穿防護(hù)服、戴手套。液氧液氮輸送時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量噪音，他們還要戴上高噪音耳塞。連接長征七號(hào)與加注站的管道達(dá)到5000多米，閥門有214個(gè)，加注人員工作量很大。

火箭發(fā)射前12個(gè)小時(shí)，要開始加注煤油，這個(gè)過程大約要持續(xù)4個(gè)小時(shí)。隨后，3個(gè)液氧儲(chǔ)罐各分兩路，對(duì)6個(gè)模塊進(jìn)行加注。記者注意到，在液氧加注站，有4個(gè)液氧儲(chǔ)罐。張繼解釋，有1個(gè)不直接進(jìn)行加注，而是對(duì)另外3個(gè)氧灌進(jìn)行增壓。

在液氧加注初期，要對(duì)貯箱進(jìn)行預(yù)冷。在貯箱的溫度未低于零下183攝氏度前，所有的液氧都將排放出去，不被貯存。燃料貯箱的溫度和壓力值，都實(shí)時(shí)被監(jiān)測(cè)并顯示在加注控制系統(tǒng)上。

液氧的加注要持續(xù)將近8個(gè)小時(shí)，整個(gè)加注程序一直到點(diǎn)火前2分鐘才會(huì)結(jié)束。

長征七號(hào)之“火”：火焰溫度極高，隔熱降溫多手段

之所以說長征七號(hào)要經(jīng)歷“冰火兩重天”，是因?yàn)樵邳c(diǎn)火一瞬間之后，零下100多攝氏度的燃料就將變成3000多攝氏度的熱焰，瞬間完成冰到火的轉(zhuǎn)化。

在指揮員下達(dá)點(diǎn)火的指令7.4秒之后，火箭的尾部瞬間噴出巨大火焰。長征七號(hào)運(yùn)載火箭副總設(shè)計(jì)師胡曉軍介紹，因?yàn)槿剂喜煌瑖姵龅幕鹧骖伾幌褚酝拈偌t色，而是呈白色，噴口燃?xì)獾臏囟纫脖纫酝鸺叩枚啵沟冒l(fā)射平臺(tái)瞬間接近3000攝氏度。

這個(gè)溫度足以熔化絕大多數(shù)金屬和非金屬材料，火箭發(fā)射平臺(tái)和箭體本身都難以承受如此高的溫度。在發(fā)射平臺(tái)和火箭助推器、芯級(jí)上，均噴有放熱涂層。兩三厘米厚的防熱涂層分為十幾層，每一次噴涂都是不同材質(zhì)，且厚度只有幾毫米，工藝處理難度非常大。另外，在火箭助推器和芯級(jí)上，還貼有柔性隔熱氈，它能進(jìn)一步提升隔熱效果。

胡曉軍介紹，火箭飛行速度快，也會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致箭體的熱流密度增大。通俗理解，就是一定時(shí)間內(nèi)通過火箭表面的熱量增多，這就對(duì)火箭箭體的材質(zhì)有更高要求。在長征七號(hào)火箭的制造中，他們還借鑒其它工藝，采用了承熱效能更好的材質(zhì)。

除此之外，長征七號(hào)火箭發(fā)射塔還裝有一個(gè)能容納600噸的水箱，裝好了自來水備用。這就是目前國際上先進(jìn)的“大流量噴水降溫降噪系統(tǒng)”。據(jù)這個(gè)系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人陳勁松介紹，在火箭飛到5米高以后向箭體尾部火焰中心噴水，兩級(jí)噴水設(shè)施各噴20余秒，完成400噸的噴水量。

噴射的400噸水中，有30%的水會(huì)汽化到大氣中，60%的水則通過導(dǎo)流槽流走，水分蒸發(fā)帶走大量的熱，發(fā)射平臺(tái)核心區(qū)降溫幅度在1000攝氏度左右。此外，這個(gè)系統(tǒng)還有良好的降低噪音效果。