风云之声提高运载火箭成功率的三大研制理念(1)---静态点火( 二 )

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图土星V二子级被吊装到密西西比试验站A2台(NASA)
以一子级为例:
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全系统试验件在马歇尔中心进行了15次静态点火试验(3次单机和12次五机)后 , 移至密西西比试验台后进行了2次五机静态点火试验 , 其中第一次15秒 , 第二次60秒 , 最后试验件又返回马歇尔中心 , 再进行了3次静态点火试验 。
土星五号的13次飞行任务中 , 除了阿波罗4号任务第一次为40秒短程点火外 , 其它所有试验均为125秒长程点火 。 用于验证发动机推力、比冲、发动机环形歧管温度、燃料泵平衡气蚀压力以及热交换器性能 , 验证子级推力矢量控制、增压、电源、控制压力、GN2吹除、飞行测量、靶场安全、推进剂加注、顺序和POGO抑制系统是否在规定界限内执行 。 点火后进行检查以便确定点火未对子级产生不利影响 , 检查使用约105个试验和操作程序 。 
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图土星V一子级在密西西比试验站B2台静态点火(NASA)
每次读到这些记录 , 笔者都感叹土星五号巨大成功的必然性 。 仍以一子级为例:
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1966年11月15日进行的阿波罗8号一子级静态点火试车后 , 检测发现氦气瓶易受应力腐蚀裂纹影响而进行更换;1967年8月25日阿波罗10号一子级静态点火后 , 发现2分机涡轮进气道传感器断裂并进入了发动机喉道中;1968年12月18日阿波罗13号一子级静态点火后 , 4分机检测到泄漏现象 , 飞行箭最终更换了此台发动机;1969年4月16日阿波罗15号一子级静态点火后 , 1分机的万向架过滤器歧管单向阀中发现了泄漏 , 飞行箭最终更换了此台发动机;1969年6月26日阿波罗16号一子级静态点火后 , 装运盘防尘罩由于操作失误没有被移除 , 高压液压管路与万向架过滤器歧管之间的连接处发生泄漏 , 3分机过早关机 。 试验后3、5分机严重损坏进行了更换 , 1、2、4分机受到轻微损坏进行了整修 , 整修整整花了一年时间 , 在1970年6月25日进行了补充静态点火试验 。斯坦尼斯航天中心 , 曾经委托罗克韦尔国际(源自笔者最为推崇的北美航空公司 , 1996年航空航天业务出售给了波音)进行了此研究(文献2) , 得出了如下结论:
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推进系统试验可防止某些灾难性飞行事故;推进、结构和电气系统间复杂交互 , 精确分析很困难 。 推进系统测试可为“基本模型”提供必要的测试数据 , 从而增强系统分析方法作用;对推进系统专家的调研都认为推进系统试验“必不可少”;推进系统试验可以在除飞行外最合适的环境中确定硬件完整性和功能性能 , 试验还可用来确定组件研发和鉴定使用的环境;推进系统试验集成了火箭和地面硬件 , 所有系统的加注过程、安全和点火过程;推进系统试验提供了一种方法 , 确定发动机/子级涉及余量 , 研制流程和时间表 , 并证实发动机研制的外推准则;推进系统试验可降低灾难性故障、任务失败、火箭硬件受损和发射装置损坏的潜在风险;推进系统试验可大幅降低发射推迟的潜在风险;新设计火箭 , 或引入先进技术 , 以及一个或多个主要系统重新设计时 , 需开展推进系统试验 , 通常需开展全程点火以满足系统试验要求;在载人和可重复使用的航天计划中 , 推进系统试验“经济收益”要比不载人的一次使用的计划高 , 因为其灾难性后果要严重得多;通过推进系统试验阻止哪怕一次失利 , 对于整个型号而言都是极具效益的 。 对于某些型号 , 可在不失利情况下取得经济效益 。 对于无人、一次性使用子级 , 失效费效比从1~5或更高 , 这取决于载荷、地面设备及其它因素;列入推进系统试验决策的因素包括可能丧失生命、成本、进度、当前设计水平、设计历史、设计继承性、试验场能力、设计单位威信 , 以及一旦失败所导致的国家航天政策改变;能满足所需型号试验和验证要求的方法包括单独的试验箭、使用飞行硬件和程序的正常或改进飞行 。 每一个研发计划必须确定必要的试验需求、寻求最能满足这种要求的一种方法或几种方法的组合 。因此建议新的子级 , 包括与以往设计不同的子级、采用先进技术、新设计、新硬件、新材料重新设计的子级 , 需进行推进系统试验 , 项目经理应评估并建立满足宇航员安全要求的计划;与现有设计相似 , 不采用新技术的子级 , 需进行推进系统研发和验证试验 , 项目经理应评估并建立能满足要求的计划 。
静态点火的意义
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火箭能否成功 , 是个技术问题 , 采用什么的方式来确保成功 , 则是个管理问题 。 技术问题管理解决!
增加一项静态点火试验 , 是在以往工作上的进一步加码呢?不是!
【风云之声提高运载火箭成功率的三大研制理念(1)---静态点火】就静态点火而言 , 除技术上提供更真实全面的验证环境外 , 还存在微妙的心理因素 。
运载火箭各单机的安装和测试项目繁多 , 但均是例行公事 , 人很容易产生疲倦感 。 永远不要指望人不犯错误 。 国内外各种航天事故和失利 , 已充分证明 , 即使采用表格化管理 , 采用一检二检制度 , 采取严格的质量检验 , 仍不时有错误漏网而出 。
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