火箭转运为什么要竖着运?躺着运不行吗?

科普中国 · 经八阕原文

荧幕都装不下的巨箭迎面走来,经过椰林大道,直奔发射工位。这是 9 月 19 日长征八号甲运载火箭在海南商业航天发射场垂直转运的场景。这场面很多人是第一次见吧?

咱们能够这样地运作,其中的每一步其实都是工程能力的极致体现。

走在最前面的,荧幕都快装不下的只是长征八号甲的芯一级加两侧助推器的组合体,在它身后跟着的是芯二级的箭体,后头还有带整流罩的“星罩组合体”。等全都到位后,再在发射工位上依靠自动化的吊装机构,完成精准的对接合拢。到时候组装完成后的整箭总高,将会达到 50.5 米的高度,差不多有 17 层楼那么高。

托着这枚巨箭移动的是国产多模块特种轴线车,搭配的活动平台自重就已经上千吨了,箭体再压上去,总载荷有多大各位可以自行想象。这种车的每个车桥都有独立的驱动和悬架,参考长征五号的数据----它通过 12 个支撑点来固定箭体,再由电控系统同步所有车轮的转角和升降高度,转运途中的路面有任何微小的起伏,悬架都会立刻感知并实时补偿,保证不让箭体受任何颠簸,并且调平精度已经达到了毫米级。

现在转运的还只是没有加注燃料的空箭体,要是全部加满推进剂,全箭起飞重量能达到 371 吨,其中燃料占了总重的九成左右,是实打实的庞然大物。也正是因为自重太大,重心太高,转运全程的两三公里,就要走上两个多小时。平均每分钟挪动二三十米。遇到风速超过每秒 10 米的情况,还要原地停车待命,等风降下来再继续走,整个过程首要的,是要确保一个“稳”字。

火箭垂直转运震撼现场。丨火箭摄影师 JAMY_GoNg

走在前面(远处)的芯一级+助推器组合体,和走在后面(近处)的芯二级箭体。丨新华社

走在最后面的星罩组合体。丨新华社

到达发射工位走了两个多小时,求的就是一个“稳”丨新华社

那为什么将安全风速卡在了每秒 10 米呢?因为竖着的箭体就好比一根巨大的柔性长杆,如果风力持续作用就会引发箭体振动,振动幅值不断累积,一旦超出了范围,箭体的连接件,管路和电缆接头就有可能受损。而这个 10 米每秒,就是工程上预留的安全红线,是经过大量风洞试验计算得出的结果,可不是拍脑袋定的。一旦超过这个阈值,必须就地锁止,等待风场回落之后才能继续走。

至于移动速度为什么保持在每分钟 20 到 30 米,也是为了把所有可能冲击到载荷的不良因素,都尽可能地控制在设计允许的范围之内。

长征八号甲顺利转运至 1 号发射工位,等待组装。丨新华社

可能有人会问,既然这么麻烦,那为什么不躺着运过去再竖起来呢?

因为水平转运也有它自己的限制场景。水平放置的箭体就好比一根大梁,自身重量会产生巨大的弯曲应力。箭体为了实现减重,壳体本就做得很薄,水平运输必须依靠多点支撑托架来拖着火箭走,还要控制好每一个支点的间距,还得严格调节各处的受力。在起竖过程中也要特别控制受力。

而更直接的因素是,对于那些对“状态一致性”(竖着 vs 躺着)要求高的任务,每次起竖之后,关键的电气和动力项目都要重新测试,校准和标定。如果发射频次很高,就要反复起竖,反复校准、复测,时间成本会直接吃掉发射效率。而且,还有些有效载荷根本不支持水平运输或测试。

来源:科普中国(经八阕转载) · 查看原文
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