第600章 太薄了
当天下午，肖宿把韩熹、徐蒙、阳源、邹杨几个人叫到了办公室。
巨型屏幕上同时显示着远航号的三维模型和推力系统布置图，十六台主推进器分列在舰尾两侧，每侧八台，呈环形排列。
这是肖宿在烛龙磁喷管的基础上设计的双联装聚变推进系统，左右两侧各一组主发动机，每组由八台独立的磁喷管模块组成。
肖宿说，“发射阶段的安全冗余要求任意两台发动机失效，整舰姿态偏差都不能超过允许值。”
韩熹看了一眼推力布置图，皱了皱眉：
“现在的问题是，十六台发动机的推力耦合非常强。如果其中一台熄火，推力不平衡就会在整舰上产生扭矩，两百六十米的舰体在扭矩作用下会产生弹性变形。变形一旦超过蒙皮的允许范围，热防护涂层就会开裂。”
“所以需要重构推力矢量。”
“保证一台发动机失效之后，其余十五台的推力方向和大小要在一秒之内重新分配，把扭矩抵消掉。”
阳源皱了皱眉，“一秒之内？”
“十六台发动机的推力矢量解算本身就非常复杂，如果还要在一秒之内完成重构，昆仑的计算量会很大。”
“不用昆仑。”肖宿说，“推力矢量重构的数学结构很简单，不需要迭代求解，可以直接解析解。”
韩熹几人面面相觑，一脸不解的看向肖宿。
肖宿没在意几人的表情，在屏幕上调出一张推力矢量的分布图。
十六台发动机的推力矢量可以映射到一个十六维的向量空间里，每一台发动机的推力和方向对应于向量空间里的一个坐标。
当所有发动机正常工作的时候，合力向量落在空间原点附近。
当一台发动机失效的时候，合力向量就会偏出去，需要其余发动机的推力矢量重新分配，把合力向量拉回原点。
这个问题的数学本质，是在一个十六维空间里找一个约束子流形，让所有发动机的推力矢量都落在这个子流形上，并且合力向量始终在原点附近。
而肖宿之前已经在《基于李群轨道分类的高维非线性全局优化方法》里证明过了，这类约束子流形在近轴近似下可以写成可分离核的形式，求解只需要计算几个简单的代数表达式就行了，根本不需要迭代。
“阳院士，你带人把推力矢量重构算法写出来，今天下午就要跑通。”
肖宿说，“韩总，你负责做推力冗余的地面验证，用发射台上的实测数据来标定算法参数。”
韩熹点点头，“好的，那地面验证怎么做？现在整舰已经在发射台上了，不可能把任何一台发动机真的关掉来测试吧。”
“嗯，不用关发动机。”肖宿说，“用软件模拟。”
“在推力控制系统中注入一个虚拟的失效信号，让算法以为某台发动机熄火了，然后看看它能不能在一秒之内完成重构。验证过程不需要真的点火，只需要验证算法的响应速度和精度就行。”
韩熹眼前一亮，点了点头：“这个方案可行。”
“还有一件事。”肖宿继续说，“气动加热验证的方案，你们想过了没有？”
韩熹翻开平板：“初步想法是让整舰垂直爬升到五十公里高度，这个高度的大气密度已经降到地面的千分之一以下，气动加热基本可以忽略。”
“然后在五十公里高度上保持一段时间，让热防护系统充分感受气动热环境，再缓慢下降回发射台上。”
“五十公里。”肖宿重复了一遍，“爬升到五十公里需要多长时间？”
“按照慢速爬升的推力设定，大概需要八到十分钟。”
“气动加热的主要时间窗口在哪里？”
“从十公里到五十公里之间。十公里以下大气密度大但温度不高，五十公里以上大气密度极低，气动加热微弱。”
“真正危险的是二十公里到四十公里这一段，大气密度还比较高，但速度已经起来了，气动加热强度最大。”
肖宿点了点头，在屏幕上调出大气密度和温度随高度的变化曲线。他的目光在曲线上仔细观察着，然后停在了一个位置。
“二十到四十公里这一段，气动加热的积分总量大概是多少？”
韩熹翻了翻平板：“按照我们的估算，整舰蒙皮在爬升过程中吸收的总热量大约是每平方米两兆焦耳。”
“这个数值，热防护涂层的耐热极限是多少？”
“设计极限是每平方米五兆焦耳。”
“两兆焦耳离极限还有很大余量。”肖宿说，“但热防护涂层的失效不只是看总热量，还要看热流密度的峰值。”
“如果热流密度峰值超过了涂层的瞬时承受能力，热量还没累积到极限，涂层就已经烧穿了。”
韩熹沉默了一瞬。
肖宿说的没错。
热防护涂层的失效有两种模式：一种是总热量超过极限导致整体烧蚀，另一种是热流密度峰值超过极限导致局部烧穿。
前者是慢性的，后者是瞬时的。
而其中，瞬时的局部烧穿更危险，因为它不会给控制系统任何反应时间。
“峰值热流密度出现在什么时候？”肖宿问。
“根据数值模拟，峰值出现在三十公里高度附近，大概是每平方米一百五十千瓦。”
“涂层设计的峰值耐受是多少？”
“每平方米两百千瓦。”
“余量只有三成。”肖宿说，“如果整舰在实际爬升过程中出现姿态偏差，迎风面的热流密度峰值会上升多少？”
韩熹在心里估算了一下：“如果姿态偏差一度，迎风面的热流密度峰值会上升大概两成。”
“三成的余量，两成的上升，剩下的安全裕度只有一成。”肖宿说，“太薄了。”
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