溶接回数5万回以上！ 「ファット・ファイブ」が「火事に駆けつける」ためにどれだけ懸命に努力しているかを見てください

7月23日、中国航天科技集団傘下の中国ロケット技術研究院が開発・製造した長征5号ロケット「堯4号」が、わが国初の火星探査機「天問1号」を予定軌道に乗せ、打ち上げミッションは完全に成功しました。この一連の数字を見て、「ファット・ファイブ」が「急いで発砲」するためにどれほど努力しているかを見てみましょう。

天問1号の打ち上げ過程のシミュレーションアニメーションのスクリーンショット（中国航空宇宙科学技術第五アカデミー提供）

「11.2」 - 最高速度11.2 km/s

打ち上げミッションの要件によれば、長征5号堯4号ロケットは火星探査機「天問1号」を打ち上げ、秒速11.2キロメートル以上の速度まで加速し、探査機を地球・火星遷移軌道に直接送り込み、火星への旅を開始する。

11.2 km/s の速度は宇宙の第二速度です。宇宙船の速度がこの速度に達すると、地球の重力から完全に逃れて、太陽​​系の他の惑星や小惑星に行くことができます。そのため、「脱出速度」とも呼ばれます。

運搬ロケットによって打ち上げられるペイロードが衛星または宇宙船である場合、それらはすべて地球の周りを周期的に動きます。キャリアロケットの最終段の最高速度は、第一宇宙速度の 7.9 km/s を超えるだけで済みます。第一宇宙速度とは、宇宙船が地球の表面に沿って円運動をするために必要な打ち上げ速度です。 「軌道速度」とも呼ばれます。打ち上げ速度がこの速度より遅い場合、宇宙船は地球の重力の影響を受けて地球の表面に戻ってしまいます。

これまで、月探査機を打ち上げる際、長征3号Bロケットは秒速10キロメートルを超える打ち上げ速度に達したことがある。 「長征5号堯4号ロケットによる火星探査機の打ち上げは、中国のロケットが秒速11.2キロメートルの第二宇宙速度に到達し、それを上回った初めてのケースであり、我が国のロケットの最高速を達成した」と長征5号ロケットの主任設計者、李東傑氏は述べた。

「42」 - 42 のローンチトラック

一般的な打ち上げミッションの場合、打ち上げウィンドウには 1 つのロケット打ち上げ軌道の設計のみが必要です。しかし、今回の火星探査機の打ち上げは違います。打ち上げを射撃訓練に例えると、地球と火星の相対的な位置が絶えず変化しているため、深宇宙探査機を打ち上げる際の射撃訓練は「動く標的」を撃つようなものです。打ち上げ軌道を絶えず調整することによってのみ、探査機はより正確に軌道に入り、火星に向かう過程で自身の燃料を節約することができる。

この目的のために、研究開発チームはロケット打ち上げ軌道の改良された「狭域マルチ軌道」設計を実施しました。ミッションの打ち上げウィンドウの計算によると、この打ち上げには連続 14 日間のウィンドウ期間があり、打ち上げウィンドウの幅は 1 日あたり 30 分です。より正確かつ精密にするために、開発者は 30 分間の打ち上げウィンドウを 10 分間ずつの 3 つのウィンドウに分割し、各ウィンドウの打ち上げ軌道を設計しました。つまり、ロケットには毎日 3 つの打ち上げ軌道が設計されていました。 14 日間の期間内に、軌道偏差を非常に小さい範囲内に抑えながら、合計 42 回の打ち上げ軌道が設計されました。

長征5号ロケットの指揮官である王傳氏は、1回の打ち上げでこれほど多くの打ち上げ軌道を設計するのは中国の宇宙打ち上げ史上前例のないことだと語った。同時に、今回の打ち上げでは初めて打ち上げ軌道の自動切り替えも実現し、打ち上げ軌道の自動切り替えや選択はソフトウェアによって実現可能となった。

「35」 - 信頼性が35向上しました

長征5号ロケットの各システムは、再設計と再検証の「3つの再分析」作業を継続的に実施し、設計計画、製品の生産と製造、運用とプロセス制御などの面から各作業の標準化と有効性を総合的に検証しました。技術的な改善により、ロケット本来の信頼性をさらに高めることができます。

長征5号遼-4号ロケットは、長征5号遼-3号ロケットと長征5号遼-1号ロケットをベースとし、機内制御システム、計測システム、ロケット本体構造、加圧・送達システム、電力システム、地上発射支援システムなど、複数のシステムにわたって合計35件の技術改良と信頼性向上の変更プロジェクトを採用した。信頼性の向上と強化により、ロケットはより堅牢で信頼性の高いものになりました。例えば、製品の密閉性を向上させるために、関連製品の取り付けインターフェースにガスケットが追加されます。製品の動作信頼性を向上させるために、いくつかのバルブの間にフィルターが追加されています。製品の確実な動作を確保するために、センサー線の固定方法などが改善されています。

これらの信頼性の向上のいくつかは、「ほんの一歩先」にあります。たとえば、補助動力システムのエンジンの推力室では、毛細管の長さが 1 mm 増加しました。ある点火装置の装填孔の直径が1mm減少した。こうした微妙な変化の背後には、航空宇宙産業従事者の姿勢と卓越性の追求があります。

「120+」 - 120を超える主要な飛行行動指標の分析と確認

長征5号ロケット開発チームは、ロケットの「主要飛行動作指標の終了分析と確認」を特別分析作業と位置付け、ロケット点火、ブースター分離、フェアリング分離、段間分離、ロケット機体分離など、飛行の成否に影響を与える主要動作と重要リンクについて、製品とシステムの機能と性能指標の終了検査を実施している。

開発チームは「飛行イベントチェーン」という考え方を採用し、システム機能実現の物理的な伝送チェーンに従って、関連する製品を包括的に整理しました。選別された製品については、機能障害分析に基づいて製品の重要な設計パラメータを特定し、機能、性能、設置、保護適応性の観点から重要な設計パラメータの選別を実施しました。環境適応性を例にとると、矢印のケーブルの場合、具体的な設置場所、有効な保護が提供されているかどうか、振動環境でコネクタが異常に外れないかどうか、およびその他の具体的な指標に注意する必要があります。

開発チームは発射場に入った後、製品の最終状態とテスト結果に基づいて主要指標の閉鎖を再確認し、各主要リンクが正常に機能することを確認しました。

「50000+」——50,000件以上の溶接品質レビューと確認

溶接の品質は、特にロケット本体構造、加圧供給パイプライン、およびさまざまなレベルのロケットエンジンにおけるいくつかの重要な溶接において、関連製品の機能と性能の実現に直接影響します。これらの溶接は数が多いだけでなく、ロケット打ち上げの成功または失敗に直接影響します。溶接品質管理は、常に打ち上げロケット製品の品質管理における重要な要素の 1 つです。

わが国最大かつ最も複雑な打ち上げロケットである長征5号には、さまざまな種類の溶接が5万箇所以上あり、そのほとんどはレベルI溶接です。研究開発チームは、X線透視検査、水圧気密試験、溶接ヘリウム質量分析検査、蛍光検査、表面着色検査、超音波検査、灯油浸透検査、試験片切断検査など、さまざまな検査方法を通じて、溶接品質の全数検査と確認を実施しました。その中で、エンジン製品の溶接部も校正試験評価を受けました。検査の結果、長征5号・堯4号ロケットのすべての溶接部の品質は安定しており、信頼性が高く、ロケット飛行の要件を満たすことができることが判明しました。