2016年,长征七号运载火箭搭载了11个摄像头。
4个助推器的发动机尾舱各装一个,一级尾舱2个,二级仪器舱外壁3个,二级尾舱2个。
图片来源:CCTV 13
不知不觉中,我们已经通过视频见证了火箭发射升空画面16年。
从无到有,从有到多,中国航空航天技术日新月异,从火箭上传送回来的画面越来越多,角度越来越丰富,而摄像头,也逐渐成为中国运载火箭的标配。
这些摄像头都发挥什么作用?
摄像头也叫图像实时测量系统,它们主要的职责就是监视火箭飞行过程中的关键分离动作,包括助推器分离、级间分离、星箭分离等。
火箭内部的发动机工作情况和数据指标等,都需要由摄像头提供第一手的画面监控。
比如上面提到的神舟六号发射时,运载火箭上安装的第三个摄像头,承担了四个重任:
1、监测主发动机工作情况
2、监测4个游机的摆动情况
3、监测二级尾舱的热情况
4、监测二级增压管路做‘铝改钢’技术改进后的效果
长征七号摄像头达11个,可执行的任务也更多。
比如分别位于助推器和一级尾舱的摄像头,用于监测飞行过程中尾舱内的发动机和伺服机构,以及相应尾舱内的环境。
二级仪器舱外壁摄像头,观测飞行过程中助推器分离和一级分离动作。
仅仅有可见光的摄像头还不够,由于火箭对温度高度敏感,这就需要红外摄像头配合掌握它的实时情况。
在二级尾舱的两个摄像头装置,一个是可见光,一个是红外,也是为了观察级间分离的过程。
红外装置可以监视二级发动机在工作过程中整个温度场分布,还有一个在整流罩内部,位于飞船支架上,观测飞行过程中有效载荷和火箭的分离。
这些摄像头有什么要求?
由于火箭在太空中飞行的环境复杂,箭体上的摄像装置要满足以上要求,首先需要考虑的一个问题就是成本。
在光学组件生产工艺上,设计师用整机测试体嗲零部件测试,降低测试费用;
在管理模式上,用组批订货、组批生产、组批验收的产品化管理模式,让成本降低了60%。
此外是所处环境。
为了保证对火箭的全程监控,在火箭不同位置各司其职,其实也是全副武装。
神舟六号运载火箭中,二级尾舱有5个发动机,温度高、震动大、亮度强,工作环境十分恶劣,对摄像头提出极高的要求。
对于机身,因冷热突变,需要对摄像机整个机身进行防热和抗振处理,以及保温措施。
对于镜片,需要采用耐高温材料,比如长征二号F型火箭采用的就是抗高温的石英玻璃片做镜头;
对于拍摄过程,需要摄像头有可调节装置,为了更好拍摄尾舱里的火焰,长征二号F型火箭摄像头装配了能够随亮度自动调整的滤光片。
而对于飞行中整流罩抛罩前后光线的明暗变化、箭体转动时可能出现的迎光和背光位置交替现象等则采用增加照明设备、补充光线、提高照度来解决。
另外,在火箭舱内的摄像头,在周围漆黑一片的情况下,要自带LED光源进行补光,而舱外的摄像头虽然不用补光,但却需要保证摄像头在火箭外壁上站得稳,同时还需要一件“防热衣”,对抗起飞后的摩擦急剧升温。