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运载火箭:自主创新领先国际

时间:2017年03月06日 信息来源:今日中国 点击: 【字体:

逶迤的大凉山深处,西昌卫星发射中心,长征三号甲运载火箭(CZ-3A)整装待发。倒计时口令响起:“3、2、1、点火……”

 

每到这时,火箭的总设计师姜杰总会看看时间,零窗口发射,分秒不差。

 

万里之外“命中靶心”

姜杰——中国科学院院士、中国运载火箭技术研究院长征三号甲系列火箭的总设计师,温和而娴静,举手投足间有一种难以言传的亲和力。

 

她常说:“30年前,航天是我的理想;30年后的今天,航天是我的热爱。”

 

1983年,姜杰从国防科技大学毕业后,来到中国运载火箭技术研究院,投入到祖国航天事业当中。一路走来,从普通设计员、科研带头人到型号总设计师,姜杰坦言,自己在长三甲系列火箭上倾注了大量的心血。

 

运载火箭是发射航天器的工具,组织实施载人航天工程空间实验室,都离不开运载火箭的输送。

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长征三号甲系列火箭是由长征三号甲、长征三号乙、长征三号丙三型火箭共同构成的。该系列火箭目前包揽了中国所有高轨道航天器发射任务,主要用于执行北斗导航工程、通信卫星、国际商业卫星等发射任务。长征三号甲系列火箭发射次数已占中国运载火箭所有发射次数的近三分之一。 火箭的能力有多大,中国进入太空的能力就有多强。 姜杰说:“火箭就像接力赛中的第一棒,必须跑好,才能让卫星发挥作用。”

 

还记得“嫦娥三号”月球探测器的奔月之旅好比坐“电梯”——一步到位,火箭需要将它直接送入近地点高度200公里、远地点高度38万公里的地月转移轨道,这对入轨精度提出了很高的要求。

 

姜杰说:“如果把火箭发射比做‘打靶’,以往的发射任务,允许我们打三环,但这次必须打十环。”

 

一次次挑战,就是一次次创新和超越。姜杰带领科研人员首次采用了“双激光惯组加卫星导航修正”的复合制导技术。 “就像给火箭安了两只‘眼睛’。一只眼睛让火箭按照设计好的轨道飞行,另一只眼睛精确计算最佳途径,随时修正。”姜杰说。

 

2013年12月2日,长三乙火箭托举“嫦娥三号”奔向了遥远的月球。

 

参加工作至今,姜杰参加了长三甲系列近30枚火箭的研制工作。

 

首次实现了我国采用两枚助推器的结构不对称火箭的稳定控制、攻克了长三甲火箭控制统冗余关键技术系,在绕月探测工程中,圆满完成了火箭飞行控制任务,精确地把首颗月球探测卫星送入预定轨道……随着一次次重大的技术突破,昔日文静的姜杰也已成长为独当一面的航天专家。

 

143天“九战九捷”

 

低成本、强适应性和高可靠性使长征三号甲系列火箭获得“金牌火箭”的美誉。近年来,该系列火箭步入了高密度发射的“新常态”,创造了143天内9战9捷的高密度发射纪录。

 

2016年,长征三号甲系列运载火箭执行了7次发射任务,是本年度发射次数最多的型号;2017年,长三甲系列火箭预计还会发射10次左右,任务最密集时,平均15天就有一次发射任务。

 

火箭发射具有高风险的特点,又都依靠中国自主创新的新技术。对于如此高密度的发射计划,任何质量问题都会给发射成功带来风险,必须把火箭研制和生产质量放在首位。中国航天人已实施组批生产流程和质量控制体系,在可靠性设计和管理的先进技术上下功夫,在发射点火前力求做到“零缺陷”,将风险降到最低。

 

常战常胜,“稳”是关键。作为成熟火箭,长三甲系列火箭的技术状态相对稳定,这对可靠性增长、提高用户信心大有裨益。“稳”还意味着火箭对技术状态更改有较强的适应性。近年来,无论是星箭接口的更新还是增加上面级等较大的改动,长三甲系列火箭总能以最快的速度适应。而在国内外商业发射市场,能根据用户需求迅速调整状态的火箭往往是最抢手的。”

 

姜杰说:“长征三号甲系列运载火箭进入高密度发射期主要源于中国通信、导航、遥感、气象等卫星系统飞速发展的需要,同时也有多次国际商业发射。”

 

她以北斗卫星导航系统为例,全球系统组网的30余颗卫星将在2020年前完成发射。这不仅在中国航天史上,在国际上也将成为最大规模的星座之一;在星座构型上,北斗系统具有独特的三种优化轨道,可以更有效地发挥导航系统功能。

 

姜杰解释说,与主要覆盖亚太地区的北斗区域卫星导航系统不同,全球系统组网的发射密度要求更高,有利于保证星座整体工作寿命;同时,火箭还要将卫星直接送入工作轨道,与以往发射转移轨道相比,每颗卫星可以节省数天的变轨时间,还可以省去卫星的变轨发动机。

 

据悉,作为中国发射高轨道卫星的主力火箭,长征三号甲系列运载火箭经历几次高密度发射期,其中,2010年至2012年共完成了26次发射,成功率达到国际先进水平。近年来,北斗区域卫星导航系统组网发射完成,实现了14星、多轨道的星座发射。嫦娥二号、嫦娥三号等也已被成功送入太空,实现了探月工程火箭直接地月转移轨道发射和再入返回飞行试验器发射,为中国未来的大规模星座组网和深空探测提供了较好的基础。

 

从航天大国到航天强国

 

姜杰说:“纵观长征三号甲系列火箭的研制发展历程,大致经历了能力形成、提升和拓展三个阶段。”

 

在能力形成阶段,长征三号甲系列火箭可以将高轨卫星送到地球同步转移轨道,由卫星经过多次变轨进入地球同步轨道。这个时期可被视为长征三号甲系列火箭的“1.0时代”。

 

随着火箭能力提升,长征三号甲系列火箭进入“2.0时代”——不仅可以发射同步轨道卫星,还可以将卫星发射进入不同的中高轨,在探月工程中掌握了直接地月转移轨道发射技术,在北斗卫星导航系统建设中能够发射中圆轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星。

 

如今,长征三号甲系列火箭进入能力拓展阶段——长征三号丙/远征一号运载火箭由原来的三级火箭升级为四级火箭,我国首次实现上面级直接入轨技术发射中高轨卫星,极大地增强了火箭对发射任务的适应性,提升了航天器快速进入空间的能力。而这也标志着长征三号甲“家族”正式迎来了其发展的“3.0时代”。

 

2016年是航天事业创建60周年。这一年,中国长征系列运载火箭实施22次发射,将近40个航天器成功送入太空,全年发射次数首次突破20次,创造了中国航天历史上年发射量最高纪录。

 

同样也是在这一年,中国首个滨海发射基地文昌航天发射场首次执行航天发射任务;长征五号运载火箭成功首飞,堪称我国运载火箭升级换代的里程碑工程事件,其可与美俄等航天强国运载能力最强的火箭相媲美。我国正从航天大国迈向航天强国。

 

“十三五”期间,长征火箭高密度发射将进入常态,预计共有100余次发射任务。到2020年,长三甲系列火箭每年要完成8至10次发射。

 

“火箭发射是一个大的系统工程,需要各方面的良好配合,要将目光放在整个系统上,这对我解决问题的能力是一个很大的考验。”姜杰说:“应战新一轮高密度发射,我们充满信心!”

(作者:周琳)
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