曾让杨利伟“难以承受”的26秒 为何不再困扰今天的航天员

    10月16日,长征二号F遥十三运载火箭成功发射神舟十三号飞船,中国空间站迎来新的“太空出差三人组”。电视直播画面显示,三名航天员在升空时神态比较放松。

    这样轻松的画面,让中国航天科技集团一院长征二号F遥十三运载火箭总体主任设计师常武权想起了我国首位进入太空的航天员杨利伟曾经历的“难以承受的”26秒。在《太空一日》一文中,杨利伟回忆称,“痛苦的感觉越来越强烈,五脏六腑似乎都要碎了。我几乎难以承受,觉得自己快不行了。”

    常武权告诉记者,让杨利伟“难以承受”的源头是共振,这曾是一个世界级的航天发射难题,不仅中国研制的火箭有这个问题,国外的火箭也有。早在20世纪60年代,美国大力神火箭在发射过程中,就曾经出现过持续30秒的振动。法国的火箭也曾经出现过类似问题,卫星寿命因此受到影响。

    如何让中国航天员不再承受这样的痛苦,消除火箭飞行失败的隐患?中国航天科技集团一院所属北京强度环境研究所试验人员经过测算、分析后认为,“病根”可能出在氧化剂上,当氧化剂中燃料的振动频率和火箭结构的振动频率接近的时候,很可能会发生结构与液体耦合的发散振动。

    在理论分析后,该所试验人员随之进行全箭模态试验和氧化剂管路液体特性试验。试验时,试验人员先向一个燃料管里注入燃料,然后给燃料管加载不同频率的振动,观察燃料的振动频率。如果试验室数据与全箭模态试验数据相吻合,就能证明试验人员的推断是正确的。

    经过半年多的调查、分析、计算等,试验人员最终得出结论,问题就出在火箭产生了一种发散振动——POGO振动。这一结论印证了他们之前的推测。

    常武权说,在找到问题根源之后,一院研制团队进行改进,原本长征二号F遥五运载火箭的助推器蓄压器上装有两个膜盒,到了长征二号F遥六运载火箭时,膜盒减少至一个。这种改进成效明显,长征二号F遥六运载火箭发射神舟六号载人飞船时,振动量级和振动时间都减少了,航天员反映振动轻多了。

    “轻多了”意味着,研究方向是对的,可问题并未完全解决。

    常武权告诉记者,研制团队继续优化设计,将助推器蓄压器改成了“变能量蓄压器”,在不同飞行时段采用不同PV值的蓄压器,该装置能够吸收燃料振动时产生的能量,改变燃料的振动频率,火箭就不再产生POGO振动。

    长征二号F遥七运载火箭发射神舟七号载人飞船后,航天员聂海胜反馈称,“我们乘坐的火箭非常舒适,几乎感觉不到振动。”

    短短的一句话,意味着一院已经攻克了共振的难题。

    “航天员在飞向太空时的生命安全与火箭密切相关,从‘难以承受的’26秒到‘几乎感觉不到振动’,这背后是火箭研制团队的严谨分析、长期努力和不断突破。”常武权说。

中青报·中青网记者 邱晨辉 见习记者 杨洁 来源:中国青年报

2021年10月18日 08 版