遠(yuǎn)程傳輸型共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是為滿足當(dāng)前火箭發(fā)射場(chǎng)自動(dòng)化、高可靠性和縮短發(fā)射周期的需求，在原有火箭低溫貯箱用共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)而研制的新一代安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文主要介紹了共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的歷次設(shè)計(jì)變化情況，新一代遠(yuǎn)程傳輸型共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)及單元設(shè)計(jì)、性能與技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果。

　　以液氫和液氧作為推進(jìn)劑的低溫運(yùn)載火箭，由于液氫(沸點(diǎn)-253 ℃)、液氧(沸點(diǎn)-183 ℃)易蒸發(fā)，且兩種介質(zhì)的沸點(diǎn)相差特別大，在火箭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上常采用蜂窩狀真空絕熱的共底貯箱結(jié)構(gòu)存放液氫和液氧介質(zhì)，這種貯箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性已被各國宇航界所認(rèn)可，國內(nèi)外多種型號(hào)的低溫運(yùn)載火箭都有應(yīng)用，但液氫、液氧的低溫特性和高泄漏能力又會(huì)使這類型火箭的發(fā)射過程充滿較高風(fēng)險(xiǎn)。為避免氫、氧在共底腔內(nèi)形成混合，要求共底腔兩側(cè)不能有氫、氧的泄漏發(fā)生，同時(shí)也要避免外部空氣進(jìn)入到共底腔內(nèi)部。因此，在低溫液體推進(jìn)劑加注過程中，必須對(duì)共底腔內(nèi)壓力和氫、氧濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保發(fā)射安全�；鸺�共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)上述功能、確�；鸺�發(fā)射過程中的人身安全和產(chǎn)品安全而研發(fā)的專用危險(xiǎn)氣體泄漏監(jiān)測(cè)設(shè)備。

1、歷次設(shè)計(jì)變化情況分析

　　火箭共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自從1980 年提出論證和概念設(shè)計(jì)以來，在服務(wù)火箭發(fā)射任務(wù)的30多年時(shí)間里，隨著任務(wù)需求變化、真空技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，先后共進(jìn)行了4 次系統(tǒng)更新和設(shè)計(jì)改造，具體概況見表1。由表1 可以看出，共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在歷史上發(fā)生多次變化，且每次設(shè)計(jì)變化都反映了當(dāng)時(shí)的真空技術(shù)和計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，但是基本的測(cè)量原理沒有發(fā)生變化，一直采用四極質(zhì)譜分析的方法實(shí)現(xiàn)微量氫、氧氣體泄漏監(jiān)測(cè)。

表1 共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)歷次變化情況統(tǒng)計(jì)表

2、遠(yuǎn)程傳輸型共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　2.1、整機(jī)結(jié)構(gòu)

　　遠(yuǎn)程傳輸共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在硬件上由抽空裝置和氣體成份分析裝置兩大部分組成，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。其中，共底抽空裝置用于共底真空的獲得與維持，包括抽空泵、抽空閥、抽空管道(從共底箱閥至抽空管道閥門之間的管路，長度約為40 m)、泵口真空規(guī)和其他相應(yīng)閥門等幾部分。共底氣體成份分析裝置用于實(shí)現(xiàn)共底腔體內(nèi)殘余氣體濃度含量的測(cè)量，監(jiān)測(cè)氫氣、氧氣等氣體濃度是否超標(biāo)，在結(jié)構(gòu)上由質(zhì)譜室、質(zhì)譜計(jì)、質(zhì)譜室壓力規(guī)、氣體進(jìn)樣微調(diào)閥、主抽泵和前級(jí)泵等組成。在軟件上，研發(fā)的專用測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸軟件，能實(shí)現(xiàn)共底氫氣、氧氣等氣體濃度的自動(dòng)測(cè)量、顯示、存貯和傳輸。

圖1 遠(yuǎn)程傳輸共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

　　2.2、工作原理

　　共底抽空裝置的工作原理是：用40 m 抽空管道將共底箱閥和抽空泵連接，打開火箭箭體上的箱閥及主管路上相應(yīng)的閥門后，抽空泵對(duì)共底抽氣，共底壓力測(cè)量由安裝在共底上的壓力傳感器，通過與壓力傳感器配套的真空計(jì)連接的測(cè)量電纜線來完成。壓力值在共底監(jiān)測(cè)期間予以顯示并通過遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳送至指控中心。同時(shí)，設(shè)置在抽空裝置內(nèi)部的真空規(guī)可以間接反映共底內(nèi)的壓力變化情況。

　　共底氣體成份分析裝置的工作原理是：共底腔體內(nèi)的氣體通過抽氣管道、取樣閥，經(jīng)微調(diào)閥調(diào)節(jié)后，部分引入氣體成份分析裝置的質(zhì)譜室，四極質(zhì)譜計(jì)可根據(jù)不同氣體分子量的不同，進(jìn)行質(zhì)量分離而形成質(zhì)譜峰，再根據(jù)質(zhì)譜峰的強(qiáng)度大小換算成相應(yīng)濃度值。濃度測(cè)量過程由測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸軟件來完成，最終在計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示出氫、氦、氧、水、氮等氣體濃度數(shù)值隨時(shí)間變化趨勢(shì)，并根據(jù)需要實(shí)時(shí)將共底主要成份濃度數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)街缚刂行摹?/p>

　　2.3、抽空裝置

　　考慮到互換性、可移動(dòng)性和減震的設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)的抽空裝置除了滿足共底抽空要求外，還設(shè)置了2 個(gè)氣體成份分析裝置平臺(tái)，使用過程中可以將2 臺(tái)氣體成份分析裝置同時(shí)放置在平臺(tái)上，形成一個(gè)整體操作平臺(tái)，共底監(jiān)測(cè)時(shí)可以同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)設(shè)備，一臺(tái)使用，一臺(tái)備份，當(dāng)需要使用備份裝置時(shí)，通過開啟和關(guān)閉取樣閥組，在1 min 內(nèi)實(shí)現(xiàn)主備份的切換，切換流程簡單、迅速。圖2 給出了抽空裝置內(nèi)部布局示意圖。

圖2 抽空裝置內(nèi)部布局示意圖

4、結(jié)論

　　遠(yuǎn)程傳輸共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用熱備份技術(shù)，解決了主、備份之間的切換流程復(fù)雜、耗時(shí)長的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了僅需切換幾個(gè)閥門，在1 min 內(nèi)完成主、備份切換。采用全無油真空系統(tǒng)，解決了質(zhì)譜計(jì)污染的問題，提高了系統(tǒng)的可靠性。采用金屬密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低了質(zhì)譜室的漏放氣速率，將系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間由20 min 縮短到3 min。開發(fā)的專業(yè)測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸軟件，實(shí)現(xiàn)了共底危險(xiǎn)氣體濃度數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)量、采集、存貯和傳輸。綜上所述，新一代共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與原監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，有效抽速更大、可靠性更高、操作更簡單，可以滿足未來高密度發(fā)射任務(wù)需要而提出的縮短共底抽空時(shí)間、簡化操作流程的需求。