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11月5日10:19,搭载广目地球科学卫星的“长征六号”运载火箭,在太原卫星发射中心升空,卫星顺利进入预定轨道。截止此次发射,“长征六号”本年度已经四战四捷,总计八战八捷,100%的成功率得益于该火箭高达0.98的可靠性。那么,什么是运载火箭的可靠性?可靠性是否等于成功率?非载人火箭为什么没有像“长征二号F”一样的安全性指标?

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“长征六号”由上海航天技术研究院研制,是中国新一代运载火箭的首发箭,由于用到了新的研制生产技术,其设计可靠性就达到了0.97(实测可靠性提升至0.98),远高于非载人火箭0.9的基本要求,那么,可靠性具体是一个什么概念?

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以“长征六号”为例,其实测0.98的可靠性意味着每飞行100次,只有2次可能出现问题。这里需要指出的是,2%的故障概率属于理论最高值,实际则可能更低。然后,即便是出故障了,采用冗余设计的火箭还有自我调整能力,能有效应对中度和轻度故障问题,也就意味着在出现故障时火箭发射也可能取得成功。再者,可靠性0.98并不意味着火箭每发射到第99发和100发就会出现故障,也可能第一发就出现故障,但是通过不断提升的技术水平和检测方式,可以将这种可能的故障点在地面就排除掉,以做到在可靠性不变的情况下进一步提升火箭发射的成功率。那么,可靠性是否等于成功率?

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运载火箭的可靠性和成功率概念看似相同,实则却有不同的内涵。以“长征五号”火箭为例,截止“长五B”遥二成功发射,“长五”系列总计发射了7次,失败1次,成功率为85.71%,是否就意味着“长五”可靠性为85.71%?非也,再举另一个例子就明白了,“长征二号F”运载火箭总计发射了16次,成功率100%,但是它的可靠性也不可能达到100%,目前可靠性为0.9894[1]。可以肯定的是,可靠性高的火箭成功率也会很高,但是两个概念还是有所不同的,所以只能划约等号。那么,可靠性又是怎么计算出来的?

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以“长三乙”火箭为例,这型火箭由十几万个零件组成,每一个零件都存在一个可靠性指标,假设其中两个零件的可靠性为0.95,其他零件的可靠性为100%(实际不可能),那么火箭的可靠性就会是0.95*0.95=0.9025,由此可知计算火箭可靠性的基本方式就是各零件的可靠性相乘,这就要求每一个零件都要有极高的可靠性,才能保证火箭整体有较高的可靠性。当然,由于火箭是一个复杂的整体,可靠性的实际计算模型还要复杂得多。除了可靠性指标之外,载人火箭“长二F”还有一个安全性指标,为什么非载人火箭不设这一指标?

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作为载人火箭,我国以最高的标准去研制生产“长二F”,使得其安全性高达0.99996[1],这又是一个什么概念?安全性指标是建立在可靠性指标基础之上的,当火箭出现故障时,火箭的安全性设计就会发挥作用,在“长二F”上这一设计指的就是火箭逃逸系统。在遇到火箭故障的情况下,逃逸系统每执行10万次逃逸操作,最多会有4次不成功,比“万无一失”还要更进一步,这就是现代科技的力量!

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由于“载人航天,人命关天”,载人火箭自然要有安全性设计,也就有了安全性指标,但是对于非载人火箭(货运火箭)而言,由于普通卫星没有做适应安全撤离的设计,加之逃逸系统成本高昂、货运发射本身拥有航天保险等原因,就省去了安全性设计,也就不存在安全性指标。

作者:大白高国

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参考资料

[1]数据引自中国运载火箭技术研究院官方发布
https://mp.weixin.qq.com/s/Sn8pMHhXSF6vtziPacDXgw