邱晨輝 楊潔

2021 年10 月16 日，長(zhǎng)征二號(hào)F 遙十三運(yùn)載火箭成功發(fā)射神舟十三號(hào)飛船，中國(guó)空間站迎來(lái)新的“太空出差三人組”。電視直播畫(huà)面顯示，三名航天員在升空時(shí)神態(tài)比較放松。

這樣輕松的畫(huà)面，讓中國(guó)航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)征二號(hào)F 遙十三運(yùn)載火箭總體主任設(shè)計(jì)師常武權(quán)，想起了我國(guó)首位進(jìn)入太空的航天員楊利偉曾經(jīng)歷的“難以承受”的26 秒。在《太空一日》一文中，楊利偉回憶稱(chēng)：“痛苦的感覺(jué)越來(lái)越強(qiáng)烈，五臟六腑似乎都要碎了。我?guī)缀蹼y以承受，覺(jué)得自己快不行了。”

常武權(quán)說(shuō)，讓楊利偉“難以承受”的源頭是共振，這曾是一個(gè)世界級(jí)的航天發(fā)射難題。早在20 世紀(jì)60 年代，美國(guó)大力神火箭在發(fā)射過(guò)程中，就曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)持續(xù)30 秒的振動(dòng)。法國(guó)的火箭也曾出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似問(wèn)題，衛(wèi)星壽命因此受到影響。

如何讓中國(guó)航天員不再承受這樣的痛苦，消除火箭飛行失敗的隱患？中國(guó)航天科技集團(tuán)一院所屬北京強(qiáng)度環(huán)境研究所試驗(yàn)人員經(jīng)過(guò)測(cè)算分析后認(rèn)為，“病根”可能出在氧化劑上，當(dāng)氧化劑中燃料的振動(dòng)頻率和火箭結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率接近的時(shí)候，很可能會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)與液體耦合的發(fā)散振動(dòng)。

在理論分析后，該所試驗(yàn)人員隨之進(jìn)行全箭模態(tài)試驗(yàn)和氧化劑管路液體特性試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)人員先向一個(gè)燃料管里注入燃料，然后給燃料管加載不同頻率的振動(dòng)，觀察燃料的振動(dòng)頻率。

如果試驗(yàn)室數(shù)據(jù)與全箭模態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合，就能證明試驗(yàn)人員的推斷是正確的。

經(jīng)過(guò)半年多的調(diào)查、分析、計(jì)算等，試驗(yàn)人員最終得出結(jié)論，問(wèn)題就出在火箭產(chǎn)生了一種發(fā)散振動(dòng)——POGO 振動(dòng)。這一結(jié)論印證了他們之前的推測(cè)。

常武權(quán)說(shuō)，在找到問(wèn)題根源之后，一院研制團(tuán)隊(duì)進(jìn)行改進(jìn)，原本長(zhǎng)征二號(hào)F 遙五運(yùn)載火箭的助推器蓄壓器上裝有兩個(gè)膜盒，到了長(zhǎng)征二號(hào)F遙六運(yùn)載火箭時(shí)，膜盒減少至一個(gè)。這種改進(jìn)成效明顯，長(zhǎng)征二號(hào)F 遙六運(yùn)載火箭發(fā)射神舟六號(hào)載人飛船時(shí)，振動(dòng)量級(jí)和振動(dòng)時(shí)間都減少了，航天員反映振動(dòng)輕多了。

“輕多了”意味著，研究方向是對(duì)的，可問(wèn)題并未完全解決。

研制團(tuán)隊(duì)繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，將助推器蓄壓器改成了“變能量蓄壓器”，在不同飛行時(shí)段采用不同PV 值的蓄壓器，該裝置能夠吸收燃料振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量，改變?nèi)剂系恼駝?dòng)頻率，火箭就不再產(chǎn)生POGO 振動(dòng)。

長(zhǎng)征二號(hào)F 遙七運(yùn)載火箭發(fā)射神舟七號(hào)載人飛船后，航天員聶海勝反饋稱(chēng)：“我們乘坐的火箭非常舒適，幾乎感覺(jué)不到振動(dòng)?！倍潭痰囊痪湓?，意味著一院已經(jīng)攻克了共振的難題。

（摘自2021 年10 月18 日《中國(guó)青年報(bào)》，王果圖）