“嫦娥男友”長三丙運(yùn)載火箭研制背后的故事

　　中新網(wǎng)10月1日電 10月1日，嫦娥二號繞月探測衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心隨“長三丙”運(yùn)載火箭發(fā)射升空，踏上奔月征程。在長征三號甲系列運(yùn)載火箭發(fā)射記錄中，如今已經(jīng)創(chuàng)下連續(xù)發(fā)射35次的戰(zhàn)績。

　　2007年10月24日，“長三甲”親自上陣，將嫦娥一號繞月探測衛(wèi)星送入大橢圓調(diào)相軌道，圓滿完成了歷史使命。時(shí)隔三年，要完成把“嫦娥二號”送入奔月軌道的重任，應(yīng)該落到“哥仨”誰的身上呢？

　　經(jīng)過嚴(yán)密的方案論證和激烈的專家討論，長征三號丙運(yùn)載火箭最終被確定用來執(zhí)行“嫦娥二號”的發(fā)射任務(wù)。在長征三號甲系列運(yùn)載火箭的家族中，論資歷，“長三丙”不是最高的；論載重，它也不是最大的。這讓人不禁滿腹疑惑：“長三丙”究竟有怎樣的優(yōu)越之處，才得以越過兩位“兄長”搶得頭銜，擔(dān)此重任的呢。

　　不妨先來看看“長三甲運(yùn)載火箭家族”中兩位“兄長”的赫赫戰(zhàn)功：“老大”長三甲火箭是執(zhí)行任務(wù)最多、成功率最高的記錄保持者，已經(jīng)成功將18顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，擁有著驕人的戰(zhàn)績；相較之下，“老二”長三乙火箭雖然閱歷少了點(diǎn)，但卻是目前國內(nèi)推力最大的火箭，高軌衛(wèi)星的載重量達(dá)到55噸，讓其他系列的火箭都望塵莫及。而長三丙火箭在2008年上半年才實(shí)現(xiàn)首飛，“嫦娥二號”的發(fā)射也不過是它的第五次飛行。

　　那么在如此艱巨的任務(wù)中，為什么會讓初出茅廬的“小弟”披甲上陣？

　　“選擇‘長三丙’，是最穩(wěn)妥、最經(jīng)濟(jì)也是最合適的方案。”中國航天科技集團(tuán)公司一院一部11室副主任、長三甲系列火箭總體主任設(shè)計(jì)師劉建忠一語中的。

　　眾所周知，嫦娥一號繞月探測衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)是由“長三甲”完成的。一方面是因?yàn)椤伴L三甲”可靠性高、成功率高，能夠保證任務(wù)的圓滿完成。另一方面考慮到嫦娥一號繞月探測衛(wèi)星的運(yùn)行軌道采用的是調(diào)相軌道，高度相對較低，而且載重需求不大，“長三甲”完全能夠滿足嫦娥一號衛(wèi)星發(fā)射的技術(shù)要求。

　　而“嫦娥二號”作為繞月探測二期工程的先導(dǎo)星，這就決定了此次發(fā)射任務(wù)承擔(dān)著為繞月探測二期工程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證的使命，包括將衛(wèi)星直接送入地月轉(zhuǎn)移軌道，并實(shí)施軌道控制和修正策略，驗(yàn)證近月制動技術(shù)，驗(yàn)證測控系統(tǒng)以及二期工程將要在衛(wèi)星上安裝使用星上關(guān)鍵設(shè)備等。再加上“嫦娥二號”的重量達(dá)到2480公斤，無論是從軌道參數(shù)等技術(shù)要求還是從載重要求來說，“長三甲”都難以擔(dān)此重任。

　　而“長三乙”的載重量對于嫦娥二號衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)而言，又是一種浪費(fèi)。在綜合了技術(shù)方面的新要求和保證經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約經(jīng)費(fèi)開支的雙重考慮之后，“嫦娥二號”的發(fā)射任務(wù)才正式交付到“長三丙”的身上。正如龍樂豪院士的形象比喻一樣：“老三”的運(yùn)載能力比“老大”大一些，比“老二”小一些，用它發(fā)射“嫦娥二號”一點(diǎn)不“浪費(fèi)”。

　　受任伊始，“長三丙”就面臨著兩項(xiàng)嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)：一是地月轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)和多窗口發(fā)射技術(shù)；二是準(zhǔn)時(shí)發(fā)射技術(shù)，提高火箭的可靠性。這就決定了“長三丙”絕不僅僅是“老大”“老二”的技術(shù)復(fù)制品，而必須要有技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)。面對兩大技術(shù)考驗(yàn)，火箭研發(fā)團(tuán)隊(duì)并沒有退縮，而是迎難而上，針對難題，各個(gè)擊破。

　　周天帥是中國航天科技集團(tuán)公司一院一部的軌道主管設(shè)計(jì)師，為了設(shè)計(jì)出合理科學(xué)的地月轉(zhuǎn)移軌道，他先后查閱和學(xué)習(xí)了上百篇相關(guān)文獻(xiàn)，彈道設(shè)計(jì)的模型推導(dǎo)一推就是數(shù)十頁，軟件一編就近萬行，彈道仿真計(jì)算優(yōu)化設(shè)計(jì)至少也有幾千條……他依靠豐富的彈道計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，精確地選定了運(yùn)載火箭的變軌時(shí)機(jī)；又通過大量的模擬打靶試驗(yàn)，對“嫦娥二號”的入軌精度和推進(jìn)劑剩余量進(jìn)行了穩(wěn)妥可靠的分析，一步步完成了每一個(gè)設(shè)計(jì)過程，攻破了每一個(gè)技術(shù)問題，將火箭的每一條軌跡都做到完美，并最終確定了最符合工程實(shí)際的發(fā)射軌道。橫亙在長三丙火箭研制團(tuán)隊(duì)面前的一大技術(shù)難題迎刃而解。

　　“準(zhǔn)時(shí)發(fā)射難”一直是低溫火箭一個(gè)固有的問題，而“長三丙”三子級采用的推進(jìn)劑是液氫液氧，正好也排在低溫火箭的行列之中，準(zhǔn)時(shí)性很難保證。“長三丙”的發(fā)射前操作非常復(fù)雜，而且容易出現(xiàn)很多意想不到的問題，而無論是排除故障的過程還是更換產(chǎn)品備份的過程都將耗費(fèi)大量時(shí)間，從而有可能錯(cuò)過發(fā)射窗口，延誤發(fā)射時(shí)機(jī)。因此，為了保證準(zhǔn)時(shí)發(fā)射，使“嫦娥二號”能夠在35分鐘的窗口內(nèi)發(fā)射成功，研發(fā)團(tuán)隊(duì)對可能會影響火箭準(zhǔn)時(shí)發(fā)射的產(chǎn)品和環(huán)節(jié)都一一進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，采取各種可靠性措施。

　　針對箭體“出汗”的問題，長三丙火箭研發(fā)團(tuán)隊(duì)采取了防結(jié)露措施。好比大熱天在水杯里倒入一杯冰水，杯壁上會“出汗”一樣，當(dāng)發(fā)射場天氣炎熱、氣溫較高時(shí)，如果將推進(jìn)劑加入到箭體內(nèi)，在箭體的表面和內(nèi)部如尾艙等處就會凝結(jié)出水珠，如同遭了一場秋晨的露水。而這些小小的水珠往往會造成不可估量的后果，導(dǎo)致艙段內(nèi)電子器件的損壞、傳感器失效、電路漏電等連鎖反應(yīng)，最終影響到發(fā)射任務(wù)的順利進(jìn)行。針對這一問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)努力攻關(guān)，對進(jìn)箭口連接方式進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，極大地提高了防結(jié)露的效果。不管再熱的天兒，箭體內(nèi)部也不會“大汗淋漓”，有效地保證了箭體尾艙內(nèi)的設(shè)備完好無損。

　　另一項(xiàng)提高可靠性的措施是推進(jìn)劑利用系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)改進(jìn)。利用系統(tǒng)的傳感器采用“雙點(diǎn)雙線”的新型設(shè)計(jì)，消除單點(diǎn)環(huán)節(jié)，以確保推進(jìn)劑得到有效使用，確保了火箭的運(yùn)載能力。

　　動力測控故障診斷系統(tǒng)是為了確保準(zhǔn)時(shí)發(fā)射而采取的另一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)系統(tǒng)。這一智能系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定了可能出現(xiàn)的所有故障模式以及相應(yīng)的應(yīng)對措施。動力測控故障診斷系統(tǒng)就像一位“火箭醫(yī)生”，一旦火箭在測試發(fā)射時(shí)出現(xiàn)了異常，便可立即進(jìn)行故障定位，第一時(shí)間診斷出“病因”所在，并對癥下藥提供對應(yīng)的診斷措施，在短時(shí)間內(nèi)完成排故過程。而隨著經(jīng)驗(yàn)的不斷累積，這位“火箭醫(yī)生”的病例也會越來越豐富，給予排故指導(dǎo)的范圍也就越來越大。它不僅保障了“長三丙”的準(zhǔn)時(shí)發(fā)射，也必將為后續(xù)的火箭發(fā)射任務(wù)保駕護(hù)航，持續(xù)利用的價(jià)值很大。

　　除了以上三項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)，長三丙火箭研發(fā)團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了起飛觸點(diǎn)冗余措施、連接器脫落措施、地面向箭體增壓改進(jìn)措施等總共9大項(xiàng)的技術(shù)改進(jìn)措施。研發(fā)團(tuán)隊(duì)從產(chǎn)品自身的改進(jìn)和預(yù)案的完善、制定兩方面保證了準(zhǔn)時(shí)發(fā)射，成功破解了長三丙火箭所面臨的第二個(gè)技術(shù)難題。(宋麗芳 劉斐)