【资料图】
安全余量关系火箭飞行可靠性、飞行性能及运载能力。在通常情况下,安全余量是针对采用液体发动机的火箭(子级)而言的。在理想情况下,有效载荷入轨时,运载火箭各级应恰好将所有可用推进剂消耗完毕,这样即100%发挥了火箭能量,达到理论极限运载能力状态。这时燃烧剂和氧化剂共同耗尽,按照额定混合比完美匹配。在实际情况下,由于飞行环境中各种偏差的存在,会使火箭实际飞行状态或多或少偏离理想设计状态,造成可用推进剂不够或无法按照理想状态匹配消耗。例如,燃烧剂消耗过快会造成一部分可用氧化剂产生剩余,其在关机时留在贮箱内无法使用,从而降低运载能力,反之亦然。对入轨级而言,推进剂过早耗尽引起的发动机提前关机,会导致有效载荷无法进入预定轨道。为了应对偏差带来的影响,一般在可用推进剂中预留一定的储备量,在实际飞行中,当某种推进剂消耗过快时可以使用预留量,从而保证发动机不会因为推进剂过早耗尽而提前关机。所预留的这部分推进剂就是安全余量,具体数值要综合当发火箭实际偏差水平和入轨概率水平共同分析确定。
计算火箭安全余量主要应考虑发动机混合比偏差、推进剂贮箱容积偏差、推进剂温度偏差、发动机比冲偏差、发动机流量偏差、结构质量偏差、加注质量偏差、大气压力和大气密度偏差、高空风干扰、空气动力学系数偏差等偏差因素。多级火箭设计时,下面级应合理确定耗尽关机概率,以便在控制系统允许范围内减少火箭安全余量需求,提高运载能力。液体火箭发动机在关机方面具有优势,入轨级应尽量采用推进剂利用系统,以减少安全余量。安全余量设计要根据运载火箭设计值和系统偏差量,采用数理统计计算、蒙特卡洛仿真等方法,结合工程研制经验,找到最优的各级安全余量分配方案,使得火箭在满足入轨概率、航落区约束和测控要求等条件下,实现最大运载能力。运载火箭飞行级结束时,飞行速度、航程、轨道半长轴、轨道周期、飞行时间等达到设计要求值时,箭载计算机发出关机指令,这种关机方式称为制导关机。制导关机概率水平的确定是进行安全余量设计的前提条件。