更高的可靠性和安全性：“神箭”的“自我提升”

2022年11月21日

(资料图片仅供参考)

搭载着神舟十五号载人飞船的

长征二号F遥十五运载火箭

稳稳转运至发射区

即将执行空间站建造阶段的

最后一次载人飞行任务

长征二号F遥十五运载火箭垂直转运至发射区

作为中国航天史上技术最复杂的“航天员专列”，“神箭”长征二号F（以下简称“长二F”）运载火箭的每一次亮相，其可靠性和安全性都会再度提升。长二F运载火箭是在长征二号E运载火箭的基础上，按照发射载人飞船的要求，以提高可靠性、确保安全性为目标研制的火箭，在长征二号E基础上增加了逃逸系统和故障检测处理系统，其可靠性指标从0.91提升至0.97，安全性指标达0.997，完成了普通运载火箭到载人运载火箭的跨越。

“神箭”长征二号F

自中国空间站建造以来，长征二号F运载火箭也迎来了高密度发射任务。为满足空间站阶段新的任务需求，长二F运载火箭不断通过技术创新和设计改进，其可靠性指标已由原来的0.97提升至0.98，安全性指标提升至0.99996，也就是火箭发射10万次，才会有4次逃逸失败的可能。在保障航天员安全方面，做到了比“万无一失”更好，为空间站阶段载人飞行任务的顺利实施提供了有力保障。那么，长二F运载火箭的可靠性和安全性是如何提升的？

完善逃逸控制发动机点火时序

低空逃逸，特别是发射台逃逸，是长二F运载火箭所有逃逸程序中最为复杂的一项。长二F运载火箭联合飞船系统，针对历史实测低空风场，对低空逃逸救生的影响进行了分析，发现在少量低空风的作用下，发射台逃逸时存在返回舱落点距离发射点小于500米的情况，有可能造成返回舱重新落入故障火箭爆炸范围内，对航天员生命安全造成威胁。

发射台逃逸控制发动机点火方向示意图

为了进一步增加逃逸救生的可靠性，保证航天员的安全，针对有风情况下发射台逃逸，科研人员提出了改变逃逸飞行器控制发动机点火策略，以提高对于低空风场的适应性。根据分析结果，采取更改控制逃逸发动机点火策略、在射前决策控制发动机点火状态的措施，可提高在低空风的作用下返回舱落点远离危险区的概率。

全箭FMEA再分析

在优化研制过程中，为了进一步提高火箭对故障的适应性能力，消除薄弱环节，科研人员针对全箭各系统产品，尤其是新研产品重新开展了一轮故障模式及影响分析工作（简称“FMEA”），包括设计FMEA、工艺FMEA和软件FMEA，覆盖准备阶段、发射阶段、飞行阶段和逃逸阶段，查找薄弱环节，确认设计改进和使用补偿措施的充分性和有效性；对于继承前期或仅相对前期适应性更改的产品，对其FMEA进行了复查、确认。

长征二号F遥十五运载火箭

通过针对所有故障模式制定有效措施，如设置强制检验点等，进一步降低全箭故障发生的概率，提升火箭可靠性。此次长二F遥十五运载火箭在提高可靠性方面进行了26项技术状态变化和更改，如耗尽关机变换器，科研人员识别出个别器件存在单点失效模式，因而将相关器件进行了冗余改进。

全箭飞行时序链路分析

针对涉及控制系统、火工品、发动机等关键产品多，影响飞行成败的点火、分离等关键环节，科研人员开展了设计指标闭合检查工作。针对点火-起飞、逃逸塔分离、助推器分离、级间分离、整流罩分离、船箭分离共6个正常飞行时序功能，4个逃逸程序和船箭应急分离飞行时序功能，共11个关键环节开展指标闭合性检查。通过对火箭各系统射前地面工作流程和飞行时序的设计正确性，系统间时序动作协调匹配性，控制系统、火工品、发动机等重要产品的设计状态、实际指标等重要因素进行复查确认，保证全箭飞行动作的稳妥可靠。

优化测试发射流程

在空间站阶段，长二F运载火箭面临新的挑战。一是发射频率增加。按照空间站长期有人照料的目标，每年需发射两艘神舟飞船，半年执行一次飞行任务，将航天员送入空间站，实现乘组轮换。二是新增应急救援需求。为保证航天员在空间站工作期间的安全，当停靠空间站的载人飞船发生不能安全返回的故障时，地面启动载人飞船应急发射任务。因此，在航天员在空间站工作期间，长二F运载火箭采用了“发射一发，备份一发”的模式，两发火箭轮流“站岗”。“值班”火箭如接到应急救援命令，可随时实施应急救援发射，保障航天员生命安全。

长征二号F遥十五运载火箭

基于“滚动备份”的发射模式，科研人员设计了“串行”和“并行”两种测试发射流程，并在此基础上，将两者的优点结合起来，设计了“串并行”测试发射流程。“串并行”模式可比“串行”模式节省7天时间，比“并行”模式仅多4天，不仅可以保证人力资源的高效利用，还可以兼顾整流罩线和逃逸塔线的工作，进一步提高发射场工作效率。

长二F运载火箭从研制至今，已陪伴中国载人航天走过三十年，是名副其实的“金牌老将”。对于载人运载火箭来说，航天员的生命安全是最重要的，为确保更高的可靠性和安全性，“神箭”的“自我提升”必将托举着中国载人航天事业迈入新的阶段！

预祝神舟十五号发射

取得圆满成功！

关键词： 运载火箭 发动机点火 的可靠性