星箭分離
衛星與末級運載火箭分離的過程
運載火箭飛行達到預定高度和速度並經姿態調整后,衛星以一定的相對速度與火箭分離的過程。一般採用彈簧和反推火箭進行分離。衛星與其連接的末級運載火箭實施分離,其作用是使衛星單獨進入預定軌道。這種分離方式具有較高的工作效率和可靠性。
星箭分離有三種方式:
③旋轉式多星分離。對稱於本級縱軸向並列安裝的兩顆或多顆衛星,由衛星固定端的末級分配器帶動衛星繞本級縱軸旋轉,分離時衛星解鎖。在軸向彈簧分離力和轉動離心力作用下,能將多顆衛星同時分離出去。
星箭分離
星箭分離前由地面發出指令,使連接包帶的爆炸螺栓起爆,星箭解鎖系統解鎖,包帶鬆開,從而實現了星箭分離。
由於星箭分離是在空間的低溫和超高真空環境下以及解鎖系統經過一段時間的溫度交變後進行的,因此在衛星、火箭與夾塊的接觸面處就可能存在超高真空條件下的冷焊問題。一旦出現冷焊,衛星與火箭就有不能實現順利分離的可能,衛星發射可能會失敗。所以,衛星在發射前,星箭解鎖系統應在模擬空間環境的條件下進行解鎖試驗。我國自1988年以來,已幾次在KM3空間環境試驗設備(簡稱KM3設備)中對星箭解鎖系統進行了超高真空解鎖試驗,取得了滿意的結果。
試件的吊裝
由於解鎖后,上裙和下裙要分離,所以一般採用弔掛試件的方式。試件吊繩為4根尼龍繩,它們將試件弔掛在空間環境模擬室內,在解鎖前,它們承受著試件的全部質量;在解鎖后,最終僅承受上裙的質量。為使試件分離后,上裙和下裙不碰撞熱沉,又用了8根尼龍繩,其中的4根上裙保護吊繩用來保護上裙,其餘的4根下裙保護吊繩用來保護下裙。這些保護繩都留有足夠的余量,使試件既能自由分離,又不會與熱沉相碰,當上裙和下裙分離后移動到保護繩拉緊時,上裙在其重力作用下返回原位置,而下裙也不會向下再運動。
如果解鎖系統中沒有彈簧分離裝置,那麼分離后只有下裙往下運動,而沒有上裙往上的動作,因此,保護上裙的4根尼龍繩可以省去。
試件的溫度控制
在解鎖分離試驗中,試件要經過熱循環,溫度在低溫端和高溫端還要保持規定時間,低溫和高溫的範圍隨試驗不同而有所不同,一般為一60~+80℃。要控制試件在這樣的溫度範圍內並在低溫端和高溫端保持規定的時間,不採用接觸式電加熱器加熱方法。
採用非接觸式紅外燈加熱來控制溫度是比較適宜的,如果沒有紅外燈,用普通的碘(溴)鎢燈來代替也是可以的。
解鎖分離過程的錄像
為了能及時觀察和記錄星箭解鎖分離試驗的過程,目前有兩種手段可以使用:在空間環境模擬室內布置攝像頭,在空間環境模擬室外進行屏幕顯示和錄像或在空間環境模擬室外通過光學玻璃窗口進行高速攝影。
彈射分離機構主要由爆炸螺栓、分離彈簧或氣動作動器組成。在火箭和導彈飛行過程中,衛星、彈頭或航天器通常用爆炸螺栓與末級火箭可靠地連接在一起,分離彈簧(或氣動作動器)處於壓縮(或待發)狀態。當控制系統按預定程序發出分離指令時,引爆爆炸螺栓,星、箭連接切斷,同時分離彈簧(或氣動作動器)釋放出分離力,把衛星、彈頭或其他航天器彈射出去,實現與末級火箭的分離。
制動火箭分離機構主要由爆炸螺栓與反推火箭組成。爆炸螺栓的工作與前述相同,在爆炸螺栓解鎖時,點燃反推火箭。由於反推火箭產生推力比爆炸螺栓解鎖延遲,所以產生反推火箭推力時,星、箭已經脫開。隨著反推火箭推力加大,衛星、彈頭或其他航天器逐漸與末級火箭拉開距離,實現星、箭可靠分離。