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揭秘:海南航天发射场那些看不见的秘密

   揭秘:海南航天发射场那些看不见的秘密
    
   海南文昌航天发射场发射塔架与海相邻
     伴随着新一代中型运载火箭长征七号成功发射,我国新一代航天发射场——海南文昌航天发射场在全世界的注视下亮相,成为又一个全球航天发射“重镇”。
     作为一个国际航天发射港,海南航天发射场的建设,不是已有发射场的翻版。从火箭、航天器到气候环境,都是全新的。矗立于蓝天白云和大海椰林之间,两座发射架雄伟壮观,航天器测试厂房高大醒目。为了建造一个世界一流、现代化的航天发射场,建设者们跨越了多道难关。


     接受“高温、高湿、高盐雾、强降雨、强台风、强雷暴”考验
     海南发射场是我国离赤道最近的航天发射中心,低纬度的地理条件是它的一大优势,但也构成了挑战。
     发射场濒临海边,气候复杂多变,“高温、高湿、高盐雾、强降雨、强台风、强雷暴”,是发射场设施设备及实施发射面临的挑战。夏季最高温度45摄氏度左右,湿度接近100%。这样的极端天气对火箭造成很大影响,使发射的安全性、可靠性受到“威胁”。如何确保火箭安全可靠发射,就需要有相应的创新技术来支撑。
     科技人员为此开展了防台风安全设计技术、盐雾腐蚀综合控制与防护技术、雷电防护技术、可靠性设计技术等关键技术研究,解决了复杂气候环境下的安全发射问题。
     在抗台风方面,北京特种工程设计研究院总工程师刘晓华说,主要通过强化工程防护设计、优化测试发射流程和建设完善气象预报系统来实现。可以缩短火箭在室外暴露的时间,减小不利天气的影响,并及时发布台风等灾害天气预警,在火箭、航天器转运、待命发射等关键时段,进行有效规避。经过“威马逊”强台风的考验,发射场完全达到了设计指标要求。
     防盐雾方面,主要是防止发射场的设施设备被腐蚀。刘晓华说,他们特别针对发射场盐雾环境,开展了加速腐蚀试验和历时七年的室外暴露试验验证,确定了室外金属构件的重度防腐涂装保护体系。
     在高大的发射塔架下,可以看到每个发射工位周围建有四个高大的避雷塔,塔与塔之间还有金属线相连。在发射塔周围设立的避雷塔之间拉了3道防雷线,形成既能防直接雷也能防地面雷的立体效果。后来又经过仿真计算实验,拉线之后可以把避雷塔由160米降低至115米,雷电拦截效率可以提高到98.5%。
     如果遇到突如其来的恶劣天气,又该如何应对?刘晓华说,首先从发射工艺流程上考虑,事先有天气预报。预报了相对安全时间,再考虑转运发射。如果遇到雷暴,就把火箭放到比较安全的地方,如厂房里面,等到条件允许时再转运。由于发射场目前可以对3天后的天气作出比较准确的预报,而火箭在发射工位上停留时间最多只需3天,3天内就可以实施发射,这样就可以有效避免突发的恶劣天气影响。
     根据新火箭开展发射场技术创新,跨入世界大吨位火箭发射行列
     目前,世界各国在选择发射场时,都会尽量选择低纬度地区,最好选择在赤道附近,因为这样可使火箭发射后得到地球自转赋予的向东的初速度,提高运载能力。而我国在海南建设航天发射场,具有明显的地理优势。
     海南发射场可以发射地球同步轨道、大质量大倾角中低轨道、太阳同步轨道、极地轨道航天器,比如空间站、货运飞船等,这样就和我国现有航天发射场形成沿海和内陆相结合、高低纬度相结合、各种射向范围相结合的格局,便于开展国际航天发射合作,提高我国航天发射场综合发射能力,使我国航天发射场的战略布局更为合理,体系更加完善。因此,海南发射场也是一个全新的航天发射场,尤其是在航天发射技术领域中进行了多项创新。
     在海南发射场,发射的运载火箭都是全新研制的,因此要根据火箭的新特点、新需求开展发射场的技术创新。据西昌卫星发射中心航天专家介绍,新一代运载火箭主要特点是首次大质量、大流量使用液氢和液氧低温推进剂,火箭尺度和发动机推力比现在的火箭有显著提高。因此,在发射场的测试发射操作与现役火箭有很多不同的地方,发射场设计上必须采取新的技术,才能确保发射任务安全可靠地完成。
     为此,航天科研人员主要开展了低温推进剂大流量加注和大容量储运技术、安全设计技术等关键技术研究,取得了一系列突破。他们研制了300立方液氢贮罐等新装备,填补了多项国内空白,建立了国家低温技术应用实验室,确保发射场能够安全可靠地执行发射任务。
     航天专家介绍说,海南发射场成功实现了大推力火箭发射能力的突破,建成2个多射向、全天候、大吨位发射工位,分别用于发射我国长征七号、长征五号两种新型运载火箭,采用“新三垂一远”测发模式,缩短火箭测试发射周期,攻克了新型运载火箭推进剂贮运、加注、控制难关,实现运载能力由10吨级到20吨级的重大跨越。这标志着我国已经跨入世界大吨位火箭发射行列。
     此外,首创的国产化软件开发平台,成功实现了信息化指挥控制能力的突破,确保了航天发射核心技术的自主可控、绝对安全。
     发射塔架加起来超过3公里的焊缝,每一道都要经过超声波探伤检测
     发射塔架,也就是航天人所说的发射工位,是航天发射场最壮观的标志性建筑。海南航天发射场拥有两个发射工位,分别用于发射长征七号、长征五号火箭,是目前国内设计理念最先进、功能设置最复杂、结构形式最新颖、工艺系统最集成的航天发射工位,也是海南航天发射场的标志性建筑。
     发射塔架的建设是难中之难,何况海南发射场的这两个发射塔架是同时开建,更是前所未有。
     导流槽是火箭腾空而起喷射烈焰的地方,形似发射塔架旁边的一个“巨坑”。两座发射塔紧邻海边,地质条件复杂,导流槽施工难度前所未有。地下水丰富,只要在地表挖一道浅浅的沟,就有大量渗水涌出——要挖几十米深的基坑,难度可想而知。而来自海洋的强大水压力也给导流槽施工带来巨大风险。海南文昌地处台风多发地区,频频袭扰的热带风暴还带来了大量降水。
     基坑开挖以后,来自天空的水和来自海洋的水给基坑开挖带来更大的挑战;再加上地下巨大的岩石和含砂珊瑚碎屑,施工非常困难。承担施工任务的北京某安装总队创新施工技术,最终在基坑周围做成了1300余根止水帷幕桩,形成密闭可靠的止水帷幕结构体,相当于在基坑周边做了一道挡水的墙,为国内首创,成功解决了渗水严重的施工难题,为导流槽和塔架施工打下坚实基础。对地下岩石的爆破也步步惊心,爆破点离止水帷幕最近点只有20米,既要保证不对止水帷幕造成冲击破坏,又要确保爆破效果……这道难题最终也被技术人员成功破解。
     自密实混凝土选用的每一颗石子直径不超过3厘米;塔架加起来超过3000米的焊缝,每一道都要经过超声波探伤检测;防止塔架因海边盐雾气候锈蚀,所用的油漆都要反复进行附着力试验……任何一个细节都不能放过。
     2014年6月28日,海南文昌航天发射场两型火箭发射工位进行了竣工验收,工程质量验收合格率均达到100%,总体性能达到了国际先进、国内一流水平。近两年内,又经受了多次强台风和热带风暴的考验,证明安全可靠。
     随着长征七号火箭的成功首飞,海南文昌航天发射场也成为中国航天的新成员,成为众多航天器的星际旅行出发地。
(2017/04/17 发表)
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