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航天器发射技术的总体技术指标

时间:2023-07-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:航天发射场的总体技术要求中,一般包括发射能力、年发射次数、发射周期、发射工位占位时间、发射可靠性、发射安全性和发射成本等指标,它们是航天发射场各分系统设计的基本依据,对其功能、结构形式、工作流程、投资强度有至关重要的作用。与此同时航天发射场系统也通过技术更新和训练,减少了任务中事故的发生概率,发射可靠性得以不断提升,这也是航天事业走向成熟的标志。

航天器发射技术的总体技术指标

航天发射场的总体技术要求中,一般包括发射能力、年发射次数、发射周期、发射工位占位时间、发射可靠性、发射安全性和发射成本等指标,它们是航天发射场各分系统设计的基本依据,对其功能、结构形式、工作流程、投资强度有至关重要的作用。

1.发射能力

发射能力是指航天发射场发射航天器类型和运载火箭型号的能力,是航天发射场系统的最基本要求,主要包括以下几个方面:

(1)能够发射的航天器的类型、轨道倾角(发射方位角)、质量、外形尺寸和结构特征;

(2)能够发射的运载火箭的型号、运载能力、外形尺寸、起飞质量、推力和燃气流参数、向发射区转移的运输方式。

发射能力不仅决定了航天发射场的建设规模、发射设施设备的结构参数,还决定了航区的选择和测量控制系统的站点布置等。

2.年发射次数

年发射次数又称为发射频率,指依据航天发射场所拥有的发射能力和当地气候、地理条件等确定的每年能够执行的发射次数或再次任务之间的最短间隔时间。发射频率与不同运载火箭、不同航天器型号的测试发射工艺流程有着密切的关系,后者决定了航天发射场系统的物流组织、资源调配和操作程序,也决定了一次任务的准备时间。一般而言,新型号的试验发射阶段通常需要较长的发射时间,当型号逐渐成熟时,相应的测试发射流程会相应缩短。

3.发射周期

发射周期是指从航天器和运载火箭进入航天发射场,到完成发射和撤场回收的时间,也即测试发射工艺流程的时间。合适的发射周期,对于提高年发射次数、降低发射运行费用有直接影响。

4.发射工位占位时间

发射工位占位时间指航天器和运载火箭完成技术区的前期测试准备工作后,转运到发射区开始占用发射工位直至发射所需的时间。它也是一个与测试发射工艺流程直接相关的指标。通常情况下,一个发射工位对应一种或几种火箭型号,而且相比航天发射场的其他设施,发射工位的数量相对较少,因此尽量缩短发射工位占位时间,对于提高年发射次数有着直接的影响。(www.xing528.com)

5.恢复发射周期

恢复发射周期是当运载火箭和航天器在发射台上发生重大事故的情况下,重新组织发射的时间。在商业发射中,恢复发射周期越长,经济损失越大。缩短恢复发射周期的主要措施如下:

(1)尽可能简化发射阵地。如法国库鲁第三发射场,发射台周围只有4个简易避雷针钢筋混凝土台座在设计中已考虑了加固,发射台本身通过相同的备份件解决,因此,恢复发射周期不超过6个月。

(2)建设备用的发射工位。如苏联拜科努尔发射场,“联盟号”“质子号”“能源号”等都同时建设两个以上的发射工位。美国肯尼迪航天中心,为了确保“阿波罗”登月计划的完成,也同时建设了39A和39B两个发射工位。建设备份发射工位的缺点是投资较大,一般不可取。

6.发射可靠性

发射可靠性是指按照确定的发射要求,在规定的时间内成功实施发射的程度。发射可靠性主要取决于运载火箭和航天器本身的可靠程度,以及航天发射场发射设施和设备的可靠性与可用性,试验人员的心理素质和技术熟悉程度、应对异常情况的快速响应处理能力等。随着航天产品型号的固定和成熟,产品本身的可靠性得到大幅提高。与此同时航天发射场系统也通过技术更新和训练,减少了任务中事故的发生概率,发射可靠性得以不断提升,这也是航天事业走向成熟的标志。

7.发射安全性

发射安全性主要是指发射和准备过程中,保证人员、设备和环境不会受到伤害或重大损失的能力,国外航天发射场的管理将安全性置于首位,发射时所有在地面及在飞行过程中开展的活动,都必须保障公众、财产和环境的安全。

8.发射成本

发射成本是指发射一次消耗的全部费用。发射费用除航天器、运载火箭(包括推进剂的采购等)的研制、生产成本外,航天发射场系统的成本主要包括发射系统投资和发射运行费用两部分。

在商业发射中,要降低发射成本、提高发射可靠性,必须实现星(卫星)-箭(运载火箭)-地(地面设备)一体化的设计,使星-箭-地总体上进一步优化。法国“阿里安5”运载火箭的成功主要在于实现了星-箭-地的总体优化,使“阿里安5”运载火箭比“阿里安4”运载火箭的成本下降了10%,发射可靠性却由“阿里安4”运载火箭的95%提高到98.5%,改进发射操作流程,将发射周期缩短为22天,而地球同步转移轨道(GTO)运载能力却由4 200 kg提高到6 800 kg,从而使“阿里安”系列运载火箭在世界商业发射市场的占有率达到70%以上(SpaceX的“猎鹰九”运载火箭投入商业运营前的数据)。

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