整流罩詳細(xì)介紹

根據(jù)運載任務(wù)的不同，每種型號的運載火箭都具有一種或多種形狀的衛(wèi)星整流罩，如單星罩、雙星罩、多星罩等。就長征系列運載火箭而言，也有各自系統(tǒng)的衛(wèi)星整流罩。隨著長征系列運載火箭逐 步進入國際發(fā)射市場及國內(nèi)發(fā)射任務(wù)的不斷增加，一種型號運載火箭也將具有多種形狀的衛(wèi)星整流罩，以滿足不同發(fā)射任務(wù)的需求。如果按任務(wù)來設(shè)計衛(wèi)星整流罩，勢必增加研制周期，提高發(fā)射成本。

國外統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，完全定制的衛(wèi)星整流罩的費用，大約比標(biāo)準(zhǔn)整流罩的費用高出75%，為此各國正在積極開展衛(wèi)星(有效載荷)接口標(biāo)準(zhǔn)化，分離通用化以及衛(wèi)星整流罩標(biāo)準(zhǔn)化和罩內(nèi)預(yù)封裝技術(shù)的研究。這不但可以大大降低發(fā)射費用，縮短發(fā)射準(zhǔn)備時間，而且可以提高發(fā)射的成功率和可回收性。

90年代，長征系列運載火箭各型號在衛(wèi)星整流罩設(shè)計方面，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)雷同、形狀各異的多品種衛(wèi)星整流罩，造成人力、物力、財力和研制周期的浪費。開展衛(wèi)星整流罩的"三化"(系列化，規(guī)范化，組合化)設(shè)計已成為當(dāng)務(wù)之急。

當(dāng)運載火箭在大氣中飛行時，衛(wèi)星整流罩用于保護衛(wèi)星及其它有效載荷，以防止衛(wèi)星受氣動力,氣動加熱及聲振等有害環(huán)境的影響。它是運載火箭的重要組成部分。在導(dǎo)彈方面，是導(dǎo)彈多彈頭化的必然產(chǎn)物。

衛(wèi)星整流罩一般為蚌殼式(兩半)結(jié)構(gòu)，由端頭、前錐段、圓筒段、倒錐段和縱向及橫向分離機構(gòu)等組成。

衛(wèi)星整流罩的功能有:

a) 保護衛(wèi)星不受氣動力的作用;

b) 保護衛(wèi)星不受氣動加熱的作用;

c) 解鎖分離系統(tǒng)保證衛(wèi)星整流罩順利分離;

d) 當(dāng)運載火箭處于臨射狀態(tài)時，可對整流罩內(nèi)的溫度、濕度進行調(diào)節(jié)，以保證衛(wèi)星不受低溫和環(huán)境的影響;

e) 保護罩內(nèi)衛(wèi)星不受各種煙霧環(huán)境的污染。

衛(wèi)星整流罩可以分圓錐-圓筒形和圓錐-圓筒-倒錐形兩種。

半硬殼式鋁合金鉚接結(jié)構(gòu)

半硬殼式鋁合金鉚接結(jié)構(gòu)是由蒙皮、桁條、隔框鉚接而成的半硬殼式結(jié)構(gòu)。美 國宇宙神和宇宙神/人馬座運載火箭衛(wèi)星整流罩就是采用這種結(jié)構(gòu)。歐洲阿里安號運載火箭衛(wèi)星整流罩也是半硬殼式結(jié)構(gòu)，其端頭為不銹鋼半球形鼻錐，前錐段用鋁合金加軟木保護層制成，圓筒段由金屬蒙皮和隔框/桁條制成，倒錐段為在兩層凱夫拉纖維壁板間充填環(huán)氧樹脂的蜂窩結(jié)構(gòu)，倒錐段內(nèi)壁為金屬桁條加強結(jié)構(gòu)。

復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)和鋁合金蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)共用的復(fù)合結(jié)構(gòu)

根據(jù)衛(wèi)星整流罩部位的不同，采用了多種復(fù)合結(jié)構(gòu)，如美國的大力神運載火箭衛(wèi)星整流罩采用了碳/環(huán)氧蒙皮和鋁蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，歐洲阿里安4采用了碳纖維、玻璃鋼纖維混合增強的環(huán)氧復(fù)合材料蒙皮和鋁蜂窩夾芯膠接夾層結(jié)構(gòu)。阿里安5則改為碳纖維增強塑料蒙皮和鋁蜂窩芯的夾層結(jié)構(gòu)。日本H-2運載火箭衛(wèi)星整流罩的端頭帽是用鋁合金制成的一體成形件，錐段和筒段均采用了鋁合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。為了防止氣動加熱的影響，在端頭帽和錐段涂有二氧化硅系的耐熱涂層。

長征3運載火箭衛(wèi)星整流罩的端頭采用了玻璃鋼結(jié)構(gòu)，前錐段采用了非金屬玻璃鋼蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，筒段為鋁合金蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，而倒錐段則為化銑網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。到長征3A時，端頭改用玻璃鋼復(fù)合材料，前錐和筒段均為鋁合金蜂窩夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)，外表面貼軟木防熱。長征2E運載火箭衛(wèi)星整流罩的端頭為玻璃鋼層壓結(jié)構(gòu),前錐段為玻璃鋼面板和玻璃鋼夾芯的膠接夾層結(jié)構(gòu)，圓筒段和倒錐段采用鋁合金面板和鋁合金蜂窩夾芯的膠接夾層結(jié)構(gòu)。

過頂式分離的整體罩結(jié)構(gòu)

衛(wèi)星整流罩為一整體，分離時整流罩向前推，直到衛(wèi)星完全脫離。

剝離式分離的蚌式結(jié)構(gòu)

整流罩沿縱向分開成兩半，象一個蚌殼，箍帶或鎖銷、爆炸螺栓和無污染導(dǎo)爆索連接在一起，成為一個受力構(gòu)件。分離沖量裝置有彈簧、火藥彈射筒、冷氣射流和無污染導(dǎo)爆索。大型衛(wèi)星整流罩普遍采用這種結(jié)構(gòu)。

a) 衛(wèi)星整流罩外形選擇要使抖振載荷和迎面阻力達到最小。頭部半錐角一般取15°≤θ≤25°，端頭半徑r與罩的最大直徑D之比應(yīng)在0.3≤2r/D≤0.7范圍內(nèi)。倒錐角δ的選取要考慮下面3個因素:1) 火箭的靜穩(wěn)定度下降;2) 抖振載荷是否增大;3) 附面層分離的可能性。

b) 整流罩要有良好的無線電波穿透性。為了滿足有效載荷與地面站之間通信聯(lián)系和遙測的需要，要專門設(shè)計透過無線電波的倒錐段。而在圓筒段上可以開無線電波窗口。

c) 要有相當(dāng)大的有效空間(凈空間)。整流罩內(nèi)有效空間容積為35~40立方米，凈空間過小會發(fā)生機械卡死使分離失敗。

d) 整流罩上要開若干個窗口。為了便于對各種儀器進行檢修和更換，要開若干個操作窗口，如衛(wèi)星與地面設(shè)備相連的脫落插頭插口。此外，還要開若干個放氣孔，以保證在飛行過程中泄放罩內(nèi)氣體，使罩內(nèi)氣壓與罩外氣壓保持平衡，以免在飛行過程中罩內(nèi)過壓導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

e) 整流罩結(jié)構(gòu)的輕量化。雖然衛(wèi)星整流罩在飛出大氣層(大約100~140 km上空)后被拋掉，但減輕整流罩的結(jié)構(gòu)重量仍然是十分重要的。復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)和鋁蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)比 半硬殼式結(jié)構(gòu)輕約30%?？紤]到玻璃鋼結(jié)構(gòu)重量比常規(guī)鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)和半硬殼式結(jié)構(gòu)重，在不要求全向透波時，盡量少用玻璃鋼結(jié)構(gòu)。

f) 整流罩防熱及降噪設(shè)計。根據(jù)環(huán)境條件要求，整流罩內(nèi)溫度和聲載環(huán)境要進行控制。質(zhì)子號運載火箭衛(wèi)星整流罩射前罩內(nèi)溫度控制在14~26.7℃，最大濕度50%，分離前最高溫度為33℃，最大聲載130 dB。宇宙號罩內(nèi)最高溫度可達180℃，最大聲載140 dB。H-2罩內(nèi)壁熱輻射500 W/m2，聲載141 dB。CZ-3罩內(nèi)溫度≤70℃，罩內(nèi)壁溫度≯300℃，聲載約148 dB。為此，在整流罩結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要采取防熱和降噪措施。

g) 整流罩的吊裝和運輸。隨著運載能力的不斷提高，衛(wèi)星整流罩的結(jié)構(gòu)尺寸由過去的罩長2.4 m增加到13.3 m。罩徑由1 m增加到5.5 m，這對產(chǎn)品的吊裝和運輸帶來諸多的不便。為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時均采用了分瓣運輸，整體吊裝方案。長征2E衛(wèi)星整流罩就采用了四瓣運輸,兩兩對接組合成兩半罩再組合吊裝。

2013年12月9日下午13時許，禾源鎮(zhèn)三溪村太平組村民葉九生在"梓樹坑"山上砍柴時，發(fā)現(xiàn)墜落的"資源一號03星"整流罩殘骸，回家后，立即向政府報告。當(dāng)?shù)亟M織民兵應(yīng)急小分隊趕往現(xiàn)場，進行保護。"資源一號03星"整流罩殘骸長4.9米，寬4.2米。因整流罩殘骸墜落在山中，沒有造成人員傷亡。這是當(dāng)月整流罩殘骸第二次墜落遂川縣境內(nèi)。

2013年12月21日，江西遂川，零時42分，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，將玻利維亞通信衛(wèi)星順利發(fā)射升空，火箭整流罩墜落在江西遂川縣山區(qū)南江鄉(xiāng)樟溪村。