神舟十六号载人飞船预计会在5月30日发射升空,目前船箭组合体已经垂直转运至发射塔,而媒体在报道届时将搭载神舟十六号起飞的长征二号F遥十六运载火箭时,拍到一个画面,即它的助推器和级间分离装置,这是外界首次看到这个关键细节。

这个细节是首次看到

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这个助推器和级间分离装置可不简单,它既要能挂住四个庞大的助推器,又要承受得住助推器点火之后巨大的复合,长2F每个助推器差不多能输出上百吨的推力,全靠小小的分离装置传递到火箭芯级。而最后在分离的时候,还要及时彻底脱得开,这非常关键,历史上有不少火箭在发射时,就是因为助推器和级间无法正常分离,从而导致发射失败。

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有消息说印度准备用于发射载人飞船的GSLV Mark III运载火箭,就是没有掌握这个关键的助推器和级间分离技术,所以两台空重60吨的S200固体助推器在燃烧完成后,无法立即与芯级分离,成为死重,芯级必须带着它继续飞行19秒,让芯二级点火一段时间,达到稳定最大推力、火箭发射稳定之,才敢一起分离。

印度GSLV Mark III运载火箭

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实际上,并不是这样的,印度火箭也有自己的助推器和级间分离装置,这是最基本的要求。具体来说,和长2F的爆炸螺栓加小固体发动机一样,GSLV Mark III运载火箭的S200 助推器,与芯级的分离系统也是采用爆炸火工品,并利用固体抛离发动机将其推远,以免撞到火箭。

GSLV Mark III助推器分离瞬间

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同时,GSLV Mark III运载火箭的芯级,是利用火工品作动弹簧夹头分离装置,完成与C25上面级的分离。而火箭整流罩的分离,则采用包带连接和线性波纹管系统来实现,和长2F以及其他国家的运载火箭没啥区别。

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既然如此,为什么GSLV Mark III不能及时分离助推器,非要难舍难分地拖着它们飞19秒呢?主要原因有两点,首先是发射时序的问题,GSLV Mark III起飞的时候只点燃助推器,芯一级发动机直到发射110秒之后,才在空中点火,也就是说两个助推器相当于一级,而一级则相当于二级,这样做的好处是提高了20秒的运载效率。

起飞的时候芯级并不点火

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这样的设计本身是没有问题的,比如美国的“大力神”3E运载火箭也是类似的发射时序,但GSLV Mark III的问题是助推器与芯级之间的结构设计存在问题,这个问题可能是火箭整体的平衡,导致S200 固体助推器燃烧结束后 19 秒才能分离,而类似发射时序的“大力神”3E,只用拖大约4秒的“死重”。

“大力神”3E运载火箭

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欧洲阿丽亚娜5其实也差不多,当然它的芯级还是点火了

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而且不止GSLV Mark III存在这个问题,印度几乎所有的运载火箭都是如此,比如GSLV MK2拖“死重”飞行的时间大约为25秒,GSLV MK1更夸张,一级要带着助推器约23吨的“死重”,足足多飞40秒。这也是为什么印度火箭体型看起来不小,载荷能力却非常差的主要原因之一,比如GSLV Mark III起飞重量640吨,比我们的长征五号小不了多少,但它的载荷能力却连长征三号乙和SpaceX“猎鹰”9都比不上。

印度载人版的GSLV Mark III

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