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“嫦娥男友”长三丙运载火箭研制背后的故事

2010年10月01日20:27中国新闻网我要评论(0)
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  中新网10月1日电 10月1日,嫦娥二号绕月探测卫星在西昌卫星发射中心随“长三丙”运载火箭发射升空,踏上奔月征程。在长征三号甲系列运载火箭发射记录中,如今已经创下连续发射35次的战绩。

  2007年10月24日,“长三甲”亲自上阵,将嫦娥一号绕月探测卫星送入大椭圆调相轨道,圆满完成了历史使命。时隔三年,要完成把“嫦娥二号”送入奔月轨道的重任,应该落到“哥仨”谁的身上呢?

  经过严密的方案论证和激烈的专家讨论,长征三号丙运载火箭最终被确定用来执行“嫦娥二号”的发射任务。在长征三号甲系列运载火箭的家族中,论资历,“长三丙”不是最高的;论载重,它也不是最大的。这让人不禁满腹疑惑:“长三丙”究竟有怎样的优越之处,才得以越过两位“兄长”抢得头衔,担此重任的呢。

  不妨先来看看“长三甲运载火箭家族”中两位“兄长”的赫赫战功:“老大”长三甲火箭是执行任务最多、成功率最高的记录保持者,已经成功将18颗卫星送入预定轨道,拥有着骄人的战绩;相较之下,“老二”长三乙火箭虽然阅历少了点,但却是目前国内推力最大的火箭,高轨卫星的载重量达到55吨,让其他系列的火箭都望尘莫及。而长三丙火箭在2008年上半年才实现首飞,“嫦娥二号”的发射也不过是它的第五次飞行。

  那么在如此艰巨的任务中,为什么会让初出茅庐的“小弟”披甲上阵?

  “选择‘长三丙’,是最稳妥、最经济也是最合适的方案。”中国航天科技集团公司一院一部11室副主任、长三甲系列火箭总体主任设计师刘建忠一语中的。

  众所周知,嫦娥一号绕月探测卫星的发射任务是由“长三甲”完成的。一方面是因为“长三甲”可靠性高、成功率高,能够保证任务的圆满完成。另一方面考虑到嫦娥一号绕月探测卫星的运行轨道采用的是调相轨道,高度相对较低,而且载重需求不大,“长三甲”完全能够满足嫦娥一号卫星发射的技术要求。

  而“嫦娥二号”作为绕月探测二期工程的先导星,这就决定了此次发射任务承担着为绕月探测二期工程中的关键技术进行验证的使命,包括将卫星直接送入地月转移轨道,并实施轨道控制和修正策略,验证近月制动技术,验证测控系统以及二期工程将要在卫星上安装使用星上关键设备等。再加上“嫦娥二号”的重量达到2480公斤,无论是从轨道参数等技术要求还是从载重要求来说,“长三甲”都难以担此重任。

  而“长三乙”的载重量对于嫦娥二号卫星的发射任务而言,又是一种浪费。在综合了技术方面的新要求和保证经济性、节约经费开支的双重考虑之后,“嫦娥二号”的发射任务才正式交付到“长三丙”的身上。正如龙乐豪院士的形象比喻一样:“老三”的运载能力比“老大”大一些,比“老二”小一些,用它发射“嫦娥二号”一点不“浪费”。

  受任伊始,“长三丙”就面临着两项严峻的技术挑战:一是地月转移轨道设计和多窗口发射技术;二是准时发射技术,提高火箭的可靠性。这就决定了“长三丙”绝不仅仅是“老大”“老二”的技术复制品,而必须要有技术创新和改进。面对两大技术考验,火箭研发团队并没有退缩,而是迎难而上,针对难题,各个击破。

  周天帅是中国航天科技集团公司一院一部的轨道主管设计师,为了设计出合理科学的地月转移轨道,他先后查阅和学习了上百篇相关文献,弹道设计的模型推导一推就是数十页,软件一编就近万行,弹道仿真计算优化设计至少也有几千条……他依靠丰富的弹道计算经验,精确地选定了运载火箭的变轨时机;又通过大量的模拟打靶试验,对“嫦娥二号”的入轨精度和推进剂剩余量进行了稳妥可靠的分析,一步步完成了每一个设计过程,攻破了每一个技术问题,将火箭的每一条轨迹都做到完美,并最终确定了最符合工程实际的发射轨道。横亘在长三丙火箭研制团队面前的一大技术难题迎刃而解。

  “准时发射难”一直是低温火箭一个固有的问题,而“长三丙”三子级采用的推进剂是液氢液氧,正好也排在低温火箭的行列之中,准时性很难保证。“长三丙”的发射前操作非常复杂,而且容易出现很多意想不到的问题,而无论是排除故障的过程还是更换产品备份的过程都将耗费大量时间,从而有可能错过发射窗口,延误发射时机。因此,为了保证准时发射,使“嫦娥二号”能够在35分钟的窗口内发射成功,研发团队对可能会影响火箭准时发射的产品和环节都一一进行技术改进和创新,采取各种可靠性措施。

  针对箭体“出汗”的问题,长三丙火箭研发团队采取了防结露措施。好比大热天在水杯里倒入一杯冰水,杯壁上会“出汗”一样,当发射场天气炎热、气温较高时,如果将推进剂加入到箭体内,在箭体的表面和内部如尾舱等处就会凝结出水珠,如同遭了一场秋晨的露水。而这些小小的水珠往往会造成不可估量的后果,导致舱段内电子器件的损坏、传感器失效、电路漏电等连锁反应,最终影响到发射任务的顺利进行。针对这一问题,研发团队努力攻关,对进箭口连接方式进行改进设计,极大地提高了防结露的效果。不管再热的天儿,箭体内部也不会“大汗淋漓”,有效地保证了箭体尾舱内的设备完好无损。

  另一项提高可靠性的措施是推进剂利用系统冗余设计改进。利用系统的传感器采用“双点双线”的新型设计,消除单点环节,以确保推进剂得到有效使用,确保了火箭的运载能力。

  动力测控故障诊断系统是为了确保准时发射而采取的另一个技术创新和改进系统。这一智能系统预先设定了可能出现的所有故障模式以及相应的应对措施。动力测控故障诊断系统就像一位“火箭医生”,一旦火箭在测试发射时出现了异常,便可立即进行故障定位,第一时间诊断出“病因”所在,并对症下药提供对应的诊断措施,在短时间内完成排故过程。而随着经验的不断累积,这位“火箭医生”的病例也会越来越丰富,给予排故指导的范围也就越来越大。它不仅保障了“长三丙”的准时发射,也必将为后续的火箭发射任务保驾护航,持续利用的价值很大。

  除了以上三项技术创新和改进,长三丙火箭研发团队还实现了起飞触点冗余措施、连接器脱落措施、地面向箭体增压改进措施等总共9大项的技术改进措施。研发团队从产品自身的改进和预案的完善、制定两方面保证了准时发射,成功破解了长三丙火箭所面临的第二个技术难题。(宋丽芳 刘斐)

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