[科普中国]-脐带塔

一个矗立在发射台上尚未点火发射的航天飞行器，就像一个未出世的婴儿一样，需要由地面供给它电源、推进剂(燃烧剂和氧化剂)、气体及控制信号。这些联接航天飞行器的加注管道、供气管道及电缆等，就被形象地称为“脐带”，为支承、联接这些“脐带”而专门设计的塔架或构件，就被称为脐带塔或脐带杆(有的称为电缆摆杆)。脐带塔(杆)的用途是：

(1)支承加注管、气管、电缆以便对航天飞行器实施加注(或卸出)推进剂，供给气体(氮气或氦气)和电力；

(2)支承测试、控制用的电缆及有关的插头、接头，以便对航天飞行器实行各种检查和测试；

(3)支承临射前需要与箭体脱离的附件及其操作控制设备，机构等；

(4)必要时作为工作人员或航天员进入舱体的通道或工作平台；

(5)为执行工艺要求，提供必要的支承设备。

总之，脐带塔(秆)是地面发射以液体燃料为推进剂的各种航天飞行器必不可少的地面设备。2

脐带塔(杆)与其他的地面设备不同，其工作特点是：

从航天飞行器竖立在发射台上以后，直到点火发射前的几秒钟内，脐带塔(杆)就一直参加工作，这种长期性是其他任何地面设备不能比拟的。2

脐带塔(杆)所承担的工作是其他任何设备不能代替的，特别是在临射前的暂短时间内，人员、车辆都已撤离了发射场，只有脐带塔(杆)矗立在那里，支承着有关的电缆及管道与航天飞行器相连。因此，脐带塔(杆)的工作质量如何，对航天飞行器发射的成败有极其重要的影响。2

脐带塔(杆)的工作必须保证绝对安全可靠。当脐带杆接近航天飞行器时，不能与航天飞行器相碰撞，当要求其离开航天飞行器时，必须保证准时按要求的速度、距离离开，不能有任何差错，否则其后果不堪设想。2

由于航天飞行器发射试验耗资巨大，发射试验的次数一般较少，所以脐带塔(杆)长期停放在那里不用。但是，如若使用，必须保证工作要绝对安全可靠。2

由于脐带塔(杆)的工作性质及特点，这就要求脐带塔(杆)要有：

(1)结构要有足够的强度及刚度，保证在工作过程中不被损坏和变形太大。

(2)驱动装置要灵活可靠，准确准时地工作，按照设计要求完成规定的动作。为了保证其工作更安全可靠，不但所用的零部件要经过严格筛选，而且还要采用双套设备或双套回路的冗余设计。

(3)操作控制设备必须保证安全可靠，各零部件质量良好，要采用双回路控制，重要的部分还要设置应急回路，以防意外。

(4)要有完善的信号显示系统，信号的发出与返回要准确可靠，不许有误动作及误信号。

(5)要设置近台操作与远台的操作控制设备。近台操作台是为了安装调试及维护时使用。远台操作设备设置在总控制室内，在实施发射时使用。两台控制设备应基本相同，但要互锁不能同时操作使用，避免造成混乱。

(6)各机电设备要便于维护保养。由于脐带塔(杆)长期放置不用，而又要保证使用时安全可靠，所以维护保养工作极其重要。2

脐带塔(杆)的类型很多，几乎是一种型号的航天飞行器就有一种形式的脐带塔(杆)。根据其结构形式的不同，一般可分几种型式。

脐带塔(杆)按一定的角度和方位倾斜地固定在发射台回转体上，跟随发射台回转体一起转动。这种脐带塔(杆)结构简单，形似一根杆件，常称为脐带杆。航天飞行器在发射时，脐带杆固定不动，测试固定电缆就固定在脐带杆的上端。

这种形式的脐带杆，结构简单，成本低廉，容易制造，常用在发射一级中程火箭的发射台上。2

脐带塔(杆)自立于航天飞行器的旁边，根据航天飞行器的工艺需要，在一定高度设置几个水平杆，管道或电缆沿立柱攀沿而上，在需要的高度，再沿水平杆铺设与航天飞行器相联接。当所有的加注、供气、检查、测试等工作完成后，在点火前的几秒钟，由控制室发出指令，电缆、气管与箭体的联接件自动脱落，脐带杆转动60°～90°，离开箭体，让出漂移空间。

这种脐带塔(杆)结构也较简单，但由于立柱不能设计得太大、整体刚度较差，因而水平杆的数量不能太多，重量也不能大。这种脐带塔(杆)常用于中远程火箭发射场。2

附着式脐带塔(杆)，要与固定式发射塔配合使用，它的转轴就附着在固定式发射塔的金属结构上，在转轴上再安装水平杆，水平杆的安装高度及数量按工艺要求布置。

这种脐带塔(杆)的水平杆可以设计得有足够大的使用空间，以便安装加注管道及敷设电缆、气管等，有时甚至可以作为人行通道使用。

这种脐带塔(杆)常用于发射大型航天飞行器的固定式发射塔。2

后倒式脐带塔(杆)可与活动式发射塔或后倒式发射塔配合使用。其特点是脐带塔(杆)与航天飞行器靠得很近，其上还能设置小型的电梯和工作平台，供临射前检查使用。对于小型的航天飞行器，后倒式脐带塔(杆)常与固定式发射塔配合使用。而大型的捆绑式航天飞行器的后倒式脐带塔(杆)，常与后倒式发射塔配合使用。

这种脐带塔(杆)的控制也与其他的形式相同，由控制室发出指令，启动动力装置，当航天飞行器上的所有联接插头脱落后，使脐带塔(杆)后倒。后倒角度可以根据需要设计，但必须让开航天飞行器需要的漂移空间。2

下摆式脐带杆结构很简单，只有一个水平杆和一个作动筒。作动筒常用气力或液力驱动。水平杆设计成凹槽式，便于电缆敷设，水平杆还可设计成几段联接，以适应长度变化的要求。

下摆式脐带杆常用于地下发射井中和不能使用回转式脐带杆的地方。2

驱动装置形式脐带塔(杆)驱动装置是临发射前几秒钟才运动的机构，必须保证安全可靠准确无误地工作。除了电气控制部分的保证外，驱动装置设计的合理性及零部件质量的好坏是极其重要的。

脐带塔(杆)驱动装置，一般采用液压驱动或气压驱动。液压驱动系统工作平稳、速度及方向都容易控制，因此可用于各种类型的脐带塔(杆)。气压传动系统的运动速度较快，冲击较大，运动惯性力较大，对于大型的脐带塔(杆)来说，许多问题不易解决。因此，气压传动系统常用于小型的脐带杆或脐带塔(杆)的辅助机构的传动。

后倒式脐带塔自重大，机械传动设备庞大，需专题研究，这里只讨论水平转动式脐带塔(杆)的驱动装置。

由于脐带塔(杆)是水平转动工作，其上的载荷除在起动、制动时增加有惯性力外，还要考虑风载荷。由于发射时都选择在风速很小(≤10m/s)的情况下进行，虽然设计计算时要考虑风载荷，但是实际使用时可以认为载荷基本不发生变化，也就是说载荷阻力矩基本等于常数。2