两年多归零验证长征五号遥三火箭完成200余项技术改进

中新社北京12月27日电 备受瞩目的长征五号遥三运载火箭27日晚在海南文昌成功发射实践二十号卫星。长征五号抓总研制单位中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院表示,经过两年多的归零和验证工作,长征五号研制团队攻克解决了遥二火箭发射失利后发现的问题,消除了隐患,并在遥二火箭基础上进行200余项技术改进,确保本次发射任务圆满成功。

据了解,长征五号遥二火箭发射失利后,经过100余天的故障排查与定位以及180余天的试验验证,确认是由于火箭芯一级氢氧发动机在复杂力热环境下,局部结构发生异常,发动机推力瞬时大幅下降,致使发射任务失利。

2019年4月初,长征五号遥三火箭总装工作进入到最后阶段时,一台用于后续任务的芯一级氢氧发动机在试验数据分析过程中,发现“异常振动频率”,研制人员开展大量设计和试验工作,终于找到一种快速、有效的改进方案。

长征五号火箭副总设计师杨虎军透露,长征五号遥三火箭在遥二火箭的基础上,进行了200余项技术改进,其中比较重大的技术改进有9项,包括发动机设计改进、长排整流罩设计改进、利用系统调节方案改进等。

“经过两年多的归零和验证工作,研制团队攻克了发动机技术难关,解决了问题,消除了隐患,认识水平和技术能力都得到进一步提高。”长征五号火箭总指挥王珏指出,在完成发动机问题归零的同时,长征五号火箭的技术改进和可靠性提升工作也实现了突破。

当氢原子耗尽后会发生什么?委婉地说,事情会变得有点疯狂。如果没有聚变氢所产生的能量向外的压力,太阳的引力就会使其核心不堪重负,被挤压成一个更小的空间,其温度将提高十倍。不过没关系,较重的氦原子核将开始聚变,再次产生向外的压力来维持平衡。据预测,这将在大约50亿年后开始发生,其标志是一种名为“氦闪”的能量突然喷发。在氦聚变过程中,碳和氧形成,核心的温度再次上升。

太阳通过原子的核聚变产生能量,它的巨大引力将恒星核中的氢原子挤压在一起,聚变成氦原子,并在这一过程中释放出的大量能量,向外推动,维持着良好的平衡状态。只要有足够的氢燃料支持这个过程,核心的大小和温度就保持不变(大约1500万开尔文)。核聚变产生的能量辐射到整个太阳系,最终孕育了地球这个宜居星球上生命的演化。在太阳所经历的生命周期中,这个燃烧氢的阶段持续了约90%的时间,这一生命期的恒星被称为“主序星”。目前,太阳的主序星阶段已经经过了45亿年——大约是它生命的一半。

该型火箭先后于 2016年11月3日和2017年7月2日实施了两次发射,其中首次发射取得圆满成功,第二次发射因火箭发动机局部结构问题未能将卫星送入预定轨道。郭文彬 摄

这次改进也彻底解决了困扰长征五号的发动机问题,改进后的发动机经过10余次3000余秒的试验验证,证明改进措施的有效性,长征五号火箭由此重回航天发射“快车道”。(完)

白矮星在数十亿年后会永远熄灭和变暗,但这并不是故事的结局。利用欧洲盖亚任务的观测结果,英国沃里克大学的研究人员偶然发现了一个潜藏已久的白矮星秘密。

特朗布莱的团队分析了盖亚任务的观测结果,测量了距离地球300光年范围内15000颗白矮星的亮度和颜色,观察到某种颜色和亮度的恒星数量过多(或“堆积”)。他们意识到,这组白矮星代表了恒星演化中的一个相似阶段,这个阶段具有适合发生结晶相变的条件,而这会导致冷却的延迟,从而延缓恒星老化过程。研究人员还发现,其中一些恒星的寿命延长了20亿年。

中国运载火箭技术研究院介绍说,作为中国首型大推力无毒无污染液体火箭,长征五号运载火箭研制具有“两多、两大、两新、一同步”的特点,即“新技术多、新研产品多”“技术跨度大、研制规模大”“研制队伍新、研制手段新”“研制与保障条件建设同步”。自2006年正式立项研制以来,经过10余年工程研制,长征五号火箭此前先后于2016年11月、2017年7月实施两次发射,其中首次发射圆满成功,遥二火箭因发动机局部结构问题未能将卫星送入预定轨道。

长征五号火箭总设计师李东补充说,火箭各系统都深入开展再分析、再设计和再验证的“三再”工作,全面审视在设计、产品以及过程控制等方面的工作有效性。一方面围绕设计全链路清理、飞行任务剖面、试验充分性、测试覆盖性、环境适应性等线索开展正向检查确认,解决全面性问题;另一方面以问题为导向,针对故障调查中发现的薄弱环节,开展设计简洁性、角焊缝复查、铸件质量、频率管理和产品动强度再复核等方面的反向回归检查确认,有针对性地发现问题、解决问题。

长征五号研制团队在归零过程中,通过建立“故障树”模式,对50多个可能造成推力下降的事件逐一排查,最终确认故障的最大可能原因。根据故障调查结论,对芯一级氢氧发动机进行设计改进,从结构、材料和工艺等方面都采取相应改进措施。

结晶的白矮星不仅仅是一颗恒星。它们的量子构成不同于我们在实验室里可以重建的任何东西。当白矮星物质结晶时,其物质在量子水平上变得有序,原子核排列成一个三维晶格,形成一个金属氧核和一个富含碳的外层。

在红巨星末期,太阳外层残存的气体会被太阳风吹送进太空,并被电离成太阳等离子体,从而形成美丽的行星状星云。这个星云内部富含新形成的重元素,将继续用于产生下一代的恒星和行星。外层被剥离后,唯一留存下来的将是被称为白矮星炙热恒星核。这是一个小而高密度的恒星,将在数十亿年中逐渐冷却和暗淡,成为太阳曾经地位的证明。

在形成后不久,白矮星就变得非常热,辐射出之前主序星核心曾经拥有的强烈能量。在形成后数十亿年间,白矮星将慢慢冷却,并在某个时间点上,其内部的氧和碳将发生相变——类似于液态水冻结成固态冰。只有在非常极端的温度和压力下,碳和氧才会固化形成一个巨大的水晶。

不久之后,甚至更重的元素也开始聚变,使太阳整体上看起来会因物质消耗而有点糟糕。它将开始膨胀,猛烈的太阳风横扫星际空间,太阳的外层将开始剥离。不过,太阳的质量还不足以爆发称为超新星,而是会变成一颗红巨星。它可能会扩张到地球轨道之外,将我们的星球烤焦。

在讨论超大型恒星晶体之前,我们首先需要了解像太阳这样的恒星是如何生存和死亡的。

因此,在太阳这样的恒星死亡后,它们的故事还没有结束。所有的白矮星都会经历这个结晶阶段,在星系中留下大量像钻石一样闪亮的恒星残骸。(任天)

“这是白矮星结晶,或者说液体转变为固体的第一个直接证据,”特朗布莱在声明中补充道,“50年前就有人预测,由于固化结晶作用,我们会在某些亮度和颜色下观察到白矮星数量的堆积,直到现在我们才观察到这一现象。”

2018年11月底,改进后的芯一级氢氧发动机在长程试车过程中出现问题,研制团队根据故障原因对发动机的局部薄弱环节进行改进,改进后的产品于2019年2月顺利通过两次长程试车验证。

“所有的白矮星都会在其演化过程中的某个时刻结晶,而更大质量的白矮星会更快地经历这个过程,”研究负责人、沃里克大学物理系的皮埃尔-伊曼纽尔·特朗布莱在一份新闻稿中说,“这意味着我们星系中数十亿颗已经完成这一过程白矮星,本质上就是天空中的水晶球。大约100亿年后,太阳本身将会变成一颗白矮星。”

这幅艺术想象图展示了一颗正在固化的白矮星,也许太阳未来也将发生同样的过程