神舟15号发射时,一二级分离和助推器分离为啥“要差一秒”?

魑魅涅槃 2022-11-30 11:33:41

北京时间11月29日晚上23时08分,神舟15号载人飞船搭乘长征2F运载火箭,顺利从酒泉卫星发射中心升空,约20分钟后神舟15号载人飞船顺利进入预定轨道,并在短暂在轨运行后,于11月30日5时42分顺利对接在天宫空间站预定舱口,3名航天员顺利进入天宫空间站。

但在长征2F运载火箭运载神舟15号载人飞船发射升空时,火箭飞行157秒时,先是捆绑的4台助推器成功分离,紧接着大约一秒后的158秒,芯一级火箭也成功分离。那为何捆绑的四台助推器不和芯一级一同分离呢?反而要额外差一秒再分离?

其实最早的时候,长征2F火箭捆绑的四台助推器分离、经过十几秒后,芯一级才会分离,但这种间隔十几秒后连续分离也有很大缺点:

1、推重比连续降低火箭要想将航天器发射入轨,就要在推重比上得到正值。因此火箭都要设计成多级火箭,以便及时将已经使用完、成为负载的助推器、燃烧芯级分离出去,降低火箭飞行过程中的负载量、保证其整个飞行阶段的推重比一直处于较高状态。

但对于运载火箭而言,分离或者关机后,在仍然处于工作的发动机或者整枚火箭推重比还没有恢复时,就提前分离、或者连续分离的话,火箭就会因为推重比的连续降低使得其入轨速度不够,继而造成发射失利。

2、推力连续降低,不利于快速入轨火箭的助推器分离、级间分离如果时间过早、或者连续分离的话,还会出现一个很大的问题就是随着推力的连续、快速降低。火箭的入轨速度降低,除了会带来入轨可能失败等风险外,还会有可能因为入轨速度不够、只能执行低轨道发射任务,以及在需要快速入轨时因为速度不够,而迟迟无法船/星箭分离。

而长征2F运载火箭之所以将助推器和一二级分离时间,从之前的十几秒缩短在一秒左右,也是有原因的:

1、早前长征2F运载火箭的助推器分离后,经过十几秒后一二级才会分离,但后面随着发射的载人飞船重量更大后,为了提升运载量和入轨速度,给捆绑的四台助推器的头锥内也增加了燃料来延长助推时间。这样既能够使得其入轨速度更快、入轨时间更短,而且更大的推重比也使得神舟载人飞船的入轨精度更高、能够执行快速入轨交会对接,像之前神舟载人飞船发射从发射到入轨需要半个多小时,现在基本只需要20多分钟就实现了。

2、火箭在研发设计过程中,除了要优先保证安全可靠外,在性能指标上最大的技术指标就是“运力最大化”。像长征5B运载火箭和SpaceX的猎鹰9运载火箭,最大起飞重量接近,最大起飞推力也差不多,甚至猎鹰9得益于较高的干质比,其推重比比长征5B更高,但在近地轨道的实际最大运载力上,长征5B实际能达到25吨的近地轨道最大运力,但猎鹰9虽然标称也能达到22吨的最大运力,但实际发射时最大载重量从没有超过18吨以上。

而长征2F运载火箭的芯一级和助推器,装备的都是YF-20液体火箭发动机,其中芯一级安装了4台YF-20,捆绑的四台助推器则各自安装了1台YF-20液体火箭发动机。而正是由于助推器与一级使用的发动机相同,所以在运力最大化的原则下,在研发设计长征2F运载火箭时,助推器和一级装备的发动机数量,尽可能地加大到不能再加的最大化状态。而这种状态下,捆绑的4台助推器实际上更像是对一级的补充,所以一级与助推器的分离时间间隔较短也就不奇怪了。

而且前面也说过,这种缩短分离间隔时间的做法,虽然有点土,但能实打实地提升轨道运载力。比如早期的长征三号乙运载火箭,捆绑的助推器燃烧时间只有127秒,一级燃烧时间却长达145秒;而改进型的长征三号乙运载火箭,捆绑的四台助推器燃烧时间延长到了140秒,一级燃烧时间略微延长到了158秒,而这也使其GTO运力从5.1吨提升到5.5吨,极大弥补了我国早前在中高轨道上运载力不足的问题。

所以总结来说的话,长征2F运载火箭捆绑的四台助推器,和芯一级分离时间很是接近,间隔时间在一秒左右,最大的优势就是能够降低火箭发射时级间分离风险、以及提升长征2F发射神舟载人飞船时的入轨重量优势。

9 阅读:5222
评论列表
  • 2022-11-30 20:20

    没说到点上,一句话就是助推器和一级火箭的燃烧时间基本一样,但是又不能同时抛,要不一级和助推器组合体质量太大不利于坠落安全

    高飞808 回复:
    偷换概念,不管是一个大组合体,还是五个分体,砸在谁头上,结局都是一样的,是一还是五的概率问题,
    猪头专杀 回复:
    说的简单明了 通俗易懂[呲牙笑]
  • 2022-11-30 13:54

    助推器加长

  • 2022-11-30 15:05

    为什么不直接一二分了?

  • 2022-12-01 11:49

    助推器不是就挂在一级上的吗,直接分离一级就行了[得瑟]

  • 2022-11-30 21:21

    说了半天好像也没说明白为什么现在1秒后芯级分离![笑着哭]

    song 回复:
    我也看不明白
    喷火的冲锋枪 回复: song
    [笑着哭][笑着哭][笑着哭]
  • 2022-12-01 10:14

    以后一级火箭并联是趋势就是助推器和芯级一样关机后一起分离

  • 2022-12-01 12:04

    其实我理解是这样的,助推器的分离螺栓是在火箭侧面的,而芯一级分离螺栓是在一二级处。如果助推和一级一起分离,其分离“爆炸”螺栓必须要更大的威力,会增加火箭的不稳定性和安全性。

  • 2022-12-09 23:00

    不绝对!有的型号是助推和芯一级在一起被分离的