1 引言
航天發(fā)射場液氫加注系統(tǒng)的主要作用是按一定程序向火箭液氫貯箱進行加注、補加及泄回液氫；完成液氫的貯存及運輸；完成推進劑加注過程中氫氣燃燒處理等。低溫液氫的管路傳輸貫穿在整個加注過程中，在傳輸前管路中的氣體置換，管路預(yù)冷、液氫的穩(wěn)態(tài)傳輸及射前補加過程中，豎直管路中間歇泉現(xiàn)象、盲支管填充時和閥門啟閉時的不穩(wěn)定現(xiàn)象等都可能存在。這些現(xiàn)象會引起加注系統(tǒng)的強振動、壓力劇變和沖擊破壞，給低溫液氫的管路傳輸帶來很大的風(fēng)險，系統(tǒng)設(shè)備一旦失效就可能造成災(zāi)難性后果。因此，保證低溫液氫管路傳輸?shù)陌踩种匾?/p>
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2 國外研究現(xiàn)狀
國外航天發(fā)射場非常重視系統(tǒng)安全性技術(shù)研究，在提高系統(tǒng)設(shè)計安全、測試安全、發(fā)射安全等方面，堅持預(yù)防為主的理念，廣泛研究、應(yīng)用智能技術(shù)、信息技術(shù)和自動化技術(shù)，加大集成化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化裝備的研發(fā)，信息監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計先進，監(jiān)測信息全面，技術(shù)手段完善，增強了故障和風(fēng)險檢測能力，提高了自動化水平和風(fēng)險預(yù)警能力，也制定了許多有關(guān)液氫安全生產(chǎn)、運輸和存貯的標準文件及有關(guān)報告。美國、俄羅斯、日本和歐空局所屬大部分航天發(fā)射場均實現(xiàn)了加泄連接器自動對接、遠距離加注自動控制等先進技術(shù)。為改善低溫推進劑品質(zhì)，抑制兩相流狀況，美、俄等國均運用了液氫或液氧過冷技術(shù)。美國肯尼迪發(fā)射中心土星I發(fā)射場為了避免液氫加注時兩相流的出現(xiàn)，在液氫加注系統(tǒng)管路中設(shè)有一個液氫過冷器，這種過冷器使輸往火箭液氫箱的液氫過冷到-254.5℃，從而使補加的液氫成為單向流。D.Robert Hay等對氫的安全，訓(xùn)練及危險評估系統(tǒng)進行了詳細介紹。A.J.C.M.Matthijsen[4]等用實驗方法得到了不同風(fēng)速下的氫擴散安全距離。
另外，美國建立了專門穩(wěn)定的低溫推進劑安全管理機構(gòu)，由安全主任負責(zé)全面的安全管理工作，歐空局則分別建立了地面安全與飛行安全管理組織機構(gòu)。美國還整合東西靶場安全標準，頒布了通用的靶場安全規(guī)范，對靶場安全實施制度化管理，引入風(fēng)險管理方法，確保以合理的成本最大限度地降低航天發(fā)射對公共安全帶來的風(fēng)險。
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從美國國防部到海、陸、空三軍都有自己的爆炸物安全標準。美國宇航局針對自己的工作特點，也制定了自己的爆炸物、推進劑和煙火安全標準。美國海、陸、空三軍和宇航局4個部門近年來每年都聯(lián)合召開推進委員會安全與環(huán)保小組委員會年會，在會上討論推進劑的安全問題，有些安全標準就是在這樣的學(xué)術(shù)會議上醞釀產(chǎn)生的。美國現(xiàn)行液體推進劑安全標準有以下特點。
（1）形成了體系。美國有關(guān)液體推進劑的安全標準和規(guī)范性文件是一個由不同級別（國際標準、聯(lián)邦規(guī)范、軍用標準、航天標準、團體標準）、不同專業(yè)和類別（綜合性、安全性能測試方法、檢測方法、危險性評價、包裝、貯存、運輸、防火、防護、應(yīng)急處理）、針對不同品種、標準和手冊所組成的標準體系。（2）比較完善。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，美國的液體推進劑安全標準體系已很完善，包括液體推進劑安全性能測試方法，液體推進劑危險性分類，液體推進劑的包裝、貯存（包括安全距離和選址）、運輸，液體推進劑的生產(chǎn)廠房的布局和選址等，在美國液體推進劑安全標準體系中都有相應(yīng)的標準作出明確規(guī)定。（3）分工合作。美國各部門對于建立液體推進劑安全標準體系采取分工合作的方式。美國陸、海、空三軍和宇航局聯(lián)合設(shè)立推進委員會，下設(shè)安全和環(huán)保小組委員會，每兩年召開一次全國性學(xué)術(shù)會議互通信息。（4）高度一致性。美國有關(guān)液體推進劑的各級標準具有高度的一致性，例如：關(guān)于安全距離，無論是DoD標準、NASA標準還是手冊，數(shù)值都是一樣的。（5）更新比較快。美國有關(guān)液體推進劑安全標準更新速度比較快，適應(yīng)技術(shù)和社會發(fā)展需要。
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3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
國內(nèi)理論研究方面，章吉平[5]提出：在低溫推進劑加注管路中增加流量調(diào)節(jié)閥來抑制兩相流。具體方法為：由原來的單一擠壓壓力調(diào)節(jié)改為擠壓壓力調(diào)節(jié)與節(jié)流閥調(diào)節(jié)相結(jié)合的組合調(diào)節(jié)方式。大流量加注時，采用單純擠壓方式使液氫在單相流狀態(tài)下正常加注；小流量加注時，采用同時改變液氫車擠壓壓力和調(diào)節(jié)管路末端節(jié)流閥開度的方法來調(diào)節(jié)流量，使加注流量穩(wěn)定并使節(jié)流閥前的管路處于單相流狀態(tài)下工作，經(jīng)實驗驗證此方法效果良好。針對目前我國運載火箭推進劑加注過程中，加泄連接器與箭體活門對接與脫離工作仍采用傳統(tǒng)人工方式的現(xiàn)狀，黃小妮[6]等結(jié)合俄羅斯的“架棲”和美國的“箭棲”技術(shù)，針對我國火箭箭體的自身結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種用于加泄連接器與箭體活門對接與脫離工作的機器人，并從仿真角度進行了驗證。許多專家學(xué)者對液氫在低溫管路傳輸過程中存在多種危險因素如：間歇泉、液氫傳輸過程中的動態(tài)沖擊及液氫加注流量的變化對火箭貯箱造成壓力波動等進行了研究，指出了液氫加注時的危險因素。
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4 存在的不足
我國發(fā)射場火箭推進劑加注系統(tǒng)自動化程度相對偏低，某些操作仍需手動，存在許多安全隱患。現(xiàn)有系統(tǒng)主要存在以下安全方面的不足：（1）系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測裝置不夠完善；（2）地面貯罐汽化器等關(guān)鍵設(shè)備無備份，一旦失效無法彌補；（3）系統(tǒng)傳感器，特別是流量傳感器數(shù)量不夠，出現(xiàn)液氫泄漏后無法快速準確定位泄漏點具體位置。
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