第5章 火箭的結構組成(3 / 3)

②姿態控製係統:姿態控製係統是控製火箭的姿態運動、實現預定的飛行程序、執行製導要求和克服各種幹擾影響,保證火箭的姿態角穩定在允許的範圍之內。姿態控製的目的是控製和穩定火箭繞其質心運動。

③時序係統:火箭在飛行過程中,往往是按照預定的時間程序進行的,比如起飛後不久的程序轉彎、助推器分離、下麵級的關機、上麵級的啟動、整流罩分離、航天器與火箭的分離,等等,從火箭開始點火到送航天器入軌這段時間內,會有幾十個甚至幾百個時間指令,這些指令都是由時序係統準確提供的。時序係統由時序指令產生器、時序信號分配器和功率放大電路組成。

④電源配電係統:大多數情況下,控製係統儀器設備都是電氣設備,而且要求的供電形式也有所不同,這就需要電源配電係統為飛行中的控製係統設備提供電源,並對其供電進行控製、分配,還要負責各設備之間的一些信號傳輸。

電源配電係統包括一次電源(如電池)、二次電池(如換流器、高頻電機)、主配電器、程序配電器以及電纜網等。

⑤伺服係統:從自動控製工作原理上講,自動控製主要由三個環節構成,即測量、變換、計算和執行。因此自動控製係統的設備也主要由三大部分組成,即測量裝置、變換與計算裝置和執行機構。其中的執行機構部分也就是我們這裏所要說的伺服係統。伺服係統在接到姿控或製導指令後,就會操縱姿控動力源產生控製力,從而使助推發動機(或發動機噴管)產生橫向力。伺服係統還可以分配姿控發動機噴管的啟動或關閉,使之產生姿控力或力矩,以達到控製火箭飛行姿態的目的。

伺服係統按分係統中信號和能量傳遞介質的形式可分為:電動伺服係統;電液伺服係統和燃氣伺服係統等。

電液伺服係統是指係統的低功率部分(即信號的綜合和處理)是采用電子元件來承擔的。而係統的高功率部分(即控製作用的功率放大、傳遞及輸出)則采用液壓元件(如作動筒)來完成。該係統主要由動力裝置(如電動泵、燃氣渦輪泵等)、液壓油源回路和伺服控製回路三部分組成。一般而言,助推發動機的擺動大都采用此類伺服係統。

電動伺服係統的能量不是通過液體或氣體轉換來傳遞,而是通過電機或電器將電能直接轉換成機械能來驅動控製動力機構。

燃氣伺服係統是用高溫高壓燃氣,通過某種裝置,例如推力噴管、渦輪及螺杆機構、葉片馬達等,將燃氣的能量直接轉換成機械能來驅動控製動力機構。

⑥安全自毀係統,火箭在設計和生產過程中,專家對其可靠性和安全性極其關注,同時還采取了許多提高可靠性的措施,但是火箭的工作可靠性不可能做到百分之百。火箭在飛行中,特別是在研製初期的飛行中,出故障是不可避免的。為了避免火箭在飛行中出現故障,工作人員專門在火箭上設計了一套安全自毀係統,一旦火箭出現故障,就會在空中自毀,以減少帶給地麵的損害。安全自毀有兩種方式:一種是自主式安全自毀,另一種是無線安全自毀。

自主式安全自毀,是當火箭上的安全自毀設備已經判斷出火箭出現故障不能繼續正常飛行時,自動給出自毀指令,將火箭炸毀;無線安全自毀,是當地麵無線電跟蹤測量設備發現火箭偏離預定飛行軌道且經過多次修正無效時,由地麵安全指揮官發出無線自毀指令,引爆箭上的爆炸裝置,將火箭炸毀。

安全自毀係統主要由引爆控製器、引爆器、爆炸器及電源等組成,如果是無線自毀係統還應有指令接收機等。

⑦初始定向係統是在火箭起飛之前為箭上的慣性測量係統提供初始基準的設備。具體來講:一是調平,就是使箭上慣性器件(如陀螺平台)處於水平狀態,換言之,就是陀螺平台的水平軸與發射點和地心連線相垂直;二是定向,俗稱瞄準,也就是使慣性器件的X軸與發射坐標係的X軸重合,通過瞄準,使火箭在發射軌道平麵內飛行。

⑧遙測係統,對運載火箭飛行中各係統的工作參數及環境參數進行測量,通過運載火箭上的無線電發射機將測得的這些參數,輸送給地麵設備接收,用接收到的測量參數實時了解火箭上各係統的工作情況,預報航天器入軌時的軌道參數。此外,還可用來鑒定火箭的性能。一旦火箭在飛行中出現故障,這些參數也可以當作分析故障原因的依據。雖然該係統對火箭發射的成敗不構成直接影響,但它也是發射過程中不可缺少的一部分。

遙測係統包括箭上部分和地麵部分,二者必須配套使用才能完成測量任務。

箭上部分由三部分組成,即:測量元件—各種類型的傳感器,比如用來測量壓力的壓力傳感器、測量振動的振動傳感器等;變換裝置—各種變換器等,它是把傳感器測得的各種信號,轉變成遙測發射機可以發射的電信號或編碼;發射設備—遙測發射機和發射天線,它是把變換器輸出的電信號或編碼發送到地麵接收設備。

地麵部分也由三部分組成,即:接收設備—用以接收從箭上發射機發回的信號;解調設備—是將接收到的電信號或編碼,經過解調還原成原來的信號;數據處理設備—即將解調後信號進行處理,最後給出所需要的工作參數。

⑨外彈道測量係統,利用地麵上的測量設備和箭上對應的裝置相配合,同時對飛行中的火箭進行追蹤,並測量其飛行軌道參數,比如火箭飛行中的位置、彈道傾角、飛行速度、加速度等。此外,還可用來預報航天器入軌時的軌道參數和鑒定火箭製導係統的精度,當火箭飛行故障發生時也可以作為故障分析的依據。

外彈道測量一般分為兩類:光學測量和無線電測量。

光學測量是通過地麵上的光學經緯儀拍攝火箭飛行中的畫麵,並根據每個畫麵拍攝所需要的時間、拍攝時經緯儀的高低角、方位角,來確定火箭的瞬時位置,再經過計算處理,還可確定其他外彈道參數,如飛行速度、加速度等。

無線電測量,有時也稱雷達測量,就是通過地麵上的雷達設備和箭上的相應裝備,利用雷達波來測量火箭飛行瞬間的外彈道參數。

外彈道測量係統的箭上設備包括信標機、應答機以及相應的供電設備和天線等;外彈道測量係統的地麵設備包括雷達及相應的引導設備、光學經緯儀以及與之相應的引導設備等。