科技日报记者 付毅飞 摄

    12月27日20时45分，长征五号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空，2000多秒后，与实践二十号卫星成功分离，将卫星送入预定轨道，胖五复飞任务取得圆满成功。中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室研究员周炳红团队，在长征五号研制中承担了上面级微重力滑行期间液氢贮箱压力下降预测研究任务。团队围绕大型液氢推进剂流动、传热与相变导致贮箱压力下降难题，开展了关键技术攻关工作。
    先进液体火箭上面级都会经历微重力滑行段，优化飞行弹道，从而提高运载能力。不同的载荷发射任务，对应了不同的最优微重力滑行时间长度。但是，液氢液氧上面级在微重力滑行期间，需要进行姿态调整以满足入轨要求,贮箱内推进剂在外界干扰力的作用下将发生晃动,由此引入了诸如气液接触面积、蒸发、冷凝过程及推进剂流动变化等不确定影响因素。遇到了复杂热力条件下的流动与传热、相变耦合问题，贮箱压力下降预测困难，给火箭设计带来不确定性难题。
    周炳红团队从2008年开始，全面总结了国内外在液体火箭推进剂沉底控制方面的研究经验，提出了完善的研究分析模型。研究成果先后在长征二号上面级主动离轨（减少空间碎片）、探月工程中长征三号上面级延长微重力滑行时间、长征5号级间分离时序设计等多项任务中成功应用。
    最近几年，在运载火箭改进优化过程中，又遇到各种复杂的流动、传热与相变耦合问题。按照真实产品和物理过程直接建立的数值计算模型过于复杂,不同尺度的结构、流动与传热、长时间的飞行过程相互耦合,出现计算时间太长(数年)、收敛困难、程序调试困难等问题。针对初始条件复杂、飞行过程复杂、边界条件复杂3类具体问题,总结了3种相应的模型简化方法,分别是工程经验法、极限参数法、低维近似法。与中国科学院力学研究所刘秋生研究员课题组，联合提出了低温推进剂在轨管理实验卫星方案设计及关键技术论证研究课题，得到了空间科学预先研究项目（XDA15017900） 的经费支持。
    相关研究成果发表在《宇航总体技术》《空间科学学报》上。周炳红团队通过详尽的数值仿真计算研究，最终确定了影响液氢贮箱压力下降的主要物理因素，提出了方案优化建议，为长征五号成功复飞保驾护航。

图：滑行期间液氢贮箱温度分布变化

来源： 中国科学院国家空间科学中心 复杂航天系统电子信息技术重点实验室