马 英,陈风雨,韩雪颖,李平岐

(北京宇航系统工程研究所,北京100076)

在运载火箭实际飞行过程中,结构、动力系统、大气环境参数、高空风等各种因素与设计值之间存在随机偏差,会对标准弹道造成摄动影响。为保证运载火箭各级能够按照制导指令正常关机,需要留取应对这些随机偏差的储备推进剂。安全余量即是指火箭在飞行中结构参数出现偏差和受到外界干扰后,火箭发动机按制导指令关机的概率接近于1(具体需要根据火箭运载任务的性质确定,一般取99.7%)所需要的最小推进剂储备量。

火箭的运载能力指标是考虑了各种偏差因素后火箭可以确保实现的运载能力。由于偏差的出现是随机的,因此安全余量虽是可用推进剂,但并不能计入运载火箭的运载能力中。在运载能力评估时,安全余量常被等效为停火点死质量的一部分。停火点死质量指有效载荷与火箭分离时的总质量,一般包括火箭结构质量、贮箱中的气体和贮箱以及发动机中剩余的推进剂质量。可见,一方面,若安全余量留取不足,显然不能应对可能出现的偏差,会造成推进剂提前耗尽,影响各级制导关机甚至影响载荷入轨;另一方面,若安全余量留取过多,虽会降低各级的耗尽概率,但也限制了运载火箭能力的发挥。因此,在火箭各级耗尽概率与运载能力之间必须找到最佳的平衡,才能充分发挥出最佳能力。

我国新一代中型运载火箭是带助推的全液氧煤油两级运载火箭[1],助推器、芯一级、芯二级之间偏差因素由下向上传递,各级偏差水平、耗尽概率、安全余量交联影响,最终影响运载能力指标。……