一文解析火箭如何完成“加油”的

火箭垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)，在完成火箭功能檢查和聯(lián)合測(cè)試工作以及最終確認(rèn)狀態(tài)后，就來到了發(fā)射前的最后一步——火箭推進(jìn)劑加注，也就是我們通常所說的給火箭“加油”。未來執(zhí)行空間站天和核心艙發(fā)射任務(wù)的長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭，也將經(jīng)過推進(jìn)劑加注階段，然后飛向浩瀚的宇宙?；鸺挥性谕瓿闪送七M(jìn)劑加注后，才擁有了直上九天的動(dòng)力之源，可以真正一飛沖天。

推進(jìn)劑，火箭的血液

就像飛馳的汽車需要添加汽油燃料一樣，火箭也需要添加自己的燃料，這種火箭專用的燃料被稱為推進(jìn)劑，推進(jìn)劑按照狀態(tài)分為固體推進(jìn)劑和液體推進(jìn)劑兩大類。

固體推進(jìn)劑類似于煙花中所需的火藥。固體推進(jìn)劑因能量密度大，可以減小火箭尺寸等特點(diǎn)，它在出廠前就已經(jīng)填充于火箭之中，不需要在發(fā)射場(chǎng)臨時(shí)加注，因而可大大縮短發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間。固體推進(jìn)劑一般多用于小型快速發(fā)射的火箭以及大型運(yùn)載火箭的助推級(jí)中。

液體推進(jìn)劑本身具有易燃易爆的危險(xiǎn)，同時(shí)又具有流動(dòng)性、易泄漏的特性，因此液體火箭一般不能帶著推進(jìn)劑進(jìn)行運(yùn)輸，一般是在臨近發(fā)射時(shí)才向火箭貯箱進(jìn)行加注。液體推進(jìn)劑以液體形態(tài)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，在大型運(yùn)載火箭、航天器姿態(tài)控制等領(lǐng)域占據(jù)支配和統(tǒng)治地位。

推進(jìn)劑加注，一步也不能少

我國(guó)新一代運(yùn)載火箭廣泛采用液氫、液氧低溫推進(jìn)劑，典型的就如長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭和長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭等。推進(jìn)劑加注是液體運(yùn)載火箭發(fā)射組織過程的重要操作，其目的是將地面貯存的推進(jìn)劑按需求輸送至運(yùn)載火箭貯箱中。

鑒于低溫推進(jìn)劑特性和系統(tǒng)實(shí)際需要，目前國(guó)內(nèi)外運(yùn)載火箭在低溫推進(jìn)劑的加注過程上普遍按照典型的4個(gè)階段實(shí)施：

01小流量加注階段

進(jìn)入待加注狀態(tài)的火箭和貯箱都處于常溫，但相對(duì)于低溫推進(jìn)劑而言，則處于相對(duì)的高度過熱狀態(tài)。如果直接將大量的低溫推進(jìn)劑強(qiáng)行加入，其效果就好比將涼水潑在熱得發(fā)紅的鐵板上一般，勢(shì)必激起大量蒸氣，形成的高壓力將給貯箱帶來很大風(fēng)險(xiǎn)。所以在快速加注前，要設(shè)置一段較長(zhǎng)時(shí)間的小流量加注階段，使結(jié)構(gòu)盡可能均勻緩慢冷卻。

02大流量加注階段

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間小流量加注后，貯箱趨于冷卻，為了節(jié)省加注時(shí)間，我們可以轉(zhuǎn)入大流量加注階段。當(dāng)然，加快加注的速度需控制住節(jié)奏，結(jié)合火箭本身的情況來確定速度，盡量減少加注對(duì)火箭帶來的影響。

03減速加注階段

大流量加注至一定液位后，系統(tǒng)隨即也需要轉(zhuǎn)化為小流量狀態(tài)，主要目的是確保加注最終結(jié)束時(shí)的精度。推進(jìn)劑加注并非越多越好，倘若加入推進(jìn)劑過多，反而會(huì)影響火箭的運(yùn)載能力。

04停放補(bǔ)加階段

加注結(jié)束后，為了兼顧發(fā)射前的其他一些操作，貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑將進(jìn)入停放階段。停放階段的推進(jìn)劑實(shí)際是在不斷蒸發(fā)消耗，為了補(bǔ)償此部分推進(jìn)劑，在臨射前會(huì)進(jìn)行最后的補(bǔ)加，確保推進(jìn)劑使用量滿足實(shí)際飛行要求。為保精度，這自然也是一個(gè)小流量加注的過程。

火箭在完成推進(jìn)劑加注后，就進(jìn)入到臨射狀態(tài)，接下來，整個(gè)任務(wù)就將迎來真正的發(fā)射考驗(yàn)。每一次火箭發(fā)射，騰空而起的“巨龍”、輝煌壯觀的火焰，都會(huì)深深震撼我們的心靈，這背后是一系列復(fù)雜而精密的程序，是無數(shù)航天工作者共同努力的成果。我們期待，更多火箭閃耀出劃破天際的光芒，中國(guó)探索太空的腳步邁得更穩(wěn)更遠(yuǎn)。

文章參考《通天神箭》、我們的太空公眾號(hào)、星際航行公眾號(hào)

編輯：jq