全力突破火箭發(fā)射的關(guān)鍵技術(shù)——“長征三號”火箭主任設(shè)計師李聃等談火箭研制

□ 本刊記者 徐 峰

記 者:發(fā)射“嫦娥二號”的運載火箭有什么新特點、新突破？

李 聃：我國探月工程分“繞、落、回”三步走，探月二期要完成的是落月，“嫦娥二號”的任務(wù)就是為后期的“嫦娥三號”、“嫦娥四號”在月球上著陸進行先期的關(guān)鍵技術(shù)驗證。對運載火箭來講，關(guān)鍵技術(shù)中有一項非常重要的就是地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射技術(shù)。

以往我國的火箭運行軌道是近地軌道，“長征三號甲”系列火箭已經(jīng)發(fā)射了32次，都是地球同步轉(zhuǎn)移軌道的發(fā)射?！版隙鹨惶枴币彩恰伴L征三號甲”火箭發(fā)射的，實際上是一個超地球同步轉(zhuǎn)移軌道。這次“長征三號”火箭要把“嫦娥二號”送入地月轉(zhuǎn)移軌道，就是近地點200公里、遠地點達到37-38萬公里的一個軌道，這是我國第一次進行這種軌道的發(fā)射。

這種軌道與以往發(fā)射軌道的區(qū)別就像打靶，以往發(fā)射的軌道是打固定靶，這次打的是一個移動靶，這就要求在確定的時間、確定的位置，把衛(wèi)星送入確定的近月軌道。如果這里面有任何一個環(huán)節(jié)，比如時間、位置發(fā)生偏差，都可能導致嚴重的后果，使衛(wèi)星無法進入軌道。這是最大的不同，是運載火箭系統(tǒng)承擔的最關(guān)鍵的一項技術(shù)攻關(guān)項目。為了完成這一任務(wù)，運載火箭系統(tǒng)承擔的主要工作就是確保設(shè)計質(zhì)量正確，確保關(guān)鍵的、大型的地面試驗充分，確保運載火箭、探測器與測控系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)等大系統(tǒng)的結(jié)合協(xié)調(diào)匹配。

我們在前期完成了運載火箭的設(shè)計，今年1月已通過了專項審查，表明“長征三號”火箭的設(shè)計狀態(tài)是正確受控的。在大型地面試驗方面，今年1月，“長征三號丙”火箭與“嫦娥二號”衛(wèi)星順利完成了星箭對接試驗，驗證了“嫦娥二號”衛(wèi)星和“長征三號丙”運載火箭的接口是匹配協(xié)調(diào)的。在今年5月，完成了“長征三號丙”火箭的出場測試，表明這枚火箭的技術(shù)狀態(tài)是受控的，設(shè)計是正確的，具備了出廠條件。隨后還進行出廠前的審查、質(zhì)量歸零，進場以后還進行所謂“雙想”，看看后續(xù)工作中還會遇到什么困難，還有什么做得不到的地方。

“長征三號丙”火箭發(fā)射“嫦娥二號”衛(wèi)星還有一點就是要確保準時發(fā)射。由于軌道的特殊性，對發(fā)射窗口的要求非常嚴格，一年中只有幾天能夠發(fā)射，所以確保準時發(fā)射非常關(guān)鍵。為了最大程度提高發(fā)射的可靠性，運載火箭系統(tǒng)采取了9項提高準確性的措施，既有火箭上的，也有地面設(shè)備的改進。

在“嫦娥二號”衛(wèi)星發(fā)射前夕，中國運載火箭技術(shù)研究院的“長征三號”主任設(shè)計師李聃、211廠獨立測試系統(tǒng)副總師孫靖等接受本刊記者專訪，介紹了發(fā)射“嫦娥二號”的運載火箭“長征三號丙”的研制特點和新突破。他們表示，地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射技術(shù)是這次“嫦娥二號”運載火箭的關(guān)鍵技術(shù)，我們要全力突破這一關(guān)鍵技術(shù)，保證實現(xiàn)成功發(fā)射、準確入軌的目標。

記 者:發(fā)射“嫦娥二號”和“嫦娥一號”的運載火箭具體有些什么差別？

李 聃：發(fā)射“嫦娥一號”的運載火箭是“長征三號甲”火箭，發(fā)射“嫦娥二號”的運載火箭是“長征三號丙”火箭，兩種火箭的區(qū)別主要是體現(xiàn)在外型和運載能力上。

它們都屬于“長征三號甲”系列火箭，“長征三號甲”系列火箭共有3種構(gòu)型，包括“長征三號甲”、“長征三號乙”和“長征三號丙”火箭，采用了系列化和組合化的設(shè)計?！伴L征三號甲”系列火箭電氣系統(tǒng)的單機、發(fā)電機基本上可以通用，差別在于“長征三號乙”火箭是在“長征三號甲”火箭的基礎(chǔ)上捆綁了4個助推器，“長征三號丙”火箭是在“長征三號甲”的基礎(chǔ)上捆綁了2個助推器，這是外形上的區(qū)別。

“長征三號甲”火箭的標準地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力是2600公斤?！伴L征三號乙”是我國目前最大的高軌道運載火箭，運載能力達到5500公斤?！伴L征三號丙”的運載能力達到3800公斤。為什么選擇“長征三號丙”火箭呢？主要因為“嫦娥二號”起飛重量是2480公斤，使用“長征三號丙”火箭足夠了。在后續(xù)的“嫦娥三號”、“嫦娥四號”等大型探測器發(fā)射時，會使用捆綁了4個助推器的火箭。

對于運載來講，“嫦娥一號”和“嫦娥二號”最大的不同，就是“嫦娥一號”是把衛(wèi)星送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道，“嫦娥二號”是把衛(wèi)星送入地月轉(zhuǎn)移軌道?！版隙鹨惶枴钡倪h地點高度只有5100公里左右，“嫦娥二號”的遠地點高度接近38萬公里，達到了37萬公里左右。星箭分離點的高度差別不是太大，都是在近地點分離，大概在300公里左右，與以往的差不多。主要區(qū)別在于星箭入軌的速度，它決定了軌道的形狀，速度越大高度越高，因為所有需要的能量最后體現(xiàn)就是速度增量。所以星箭分離點的高度差別不太大，但分離點的速度差別很大，這個速度達到10.9公里/秒。

記 者:為了提高運載火箭發(fā)射的可靠性，在研制過程中采取了哪些重要措施？

李 聃：措施很多，舉個例子。因為“長征三號甲”系列火箭是我國現(xiàn)役的唯一的一枚液冷火箭，液氫的溫度非常低，是20K，也就是-253度，液氧是90K，也就是-183度。液冷推進器要在發(fā)射前7個小時開始加注，因為它蒸發(fā)得非常厲害，不斷汽化，要到發(fā)射前4分鐘才能完成推進器的加注。地面上有很多的連接器，包括氣路的、液路的，這些連接器和火箭上有一些接口，這些接口要在發(fā)射前依次退落下來。以往我們曾經(jīng)出現(xiàn)過，如果環(huán)境濕度非常大，容易結(jié)露的話，在低溫的情況下就有可能在連接面上結(jié)冰，凍住以后再脫落就不太利索。嚴重的情況下，如果脫落不掉就沒有辦法發(fā)射了。針對這一問題，這次在“嫦娥二號”上就采取了一些改進措施。我們一共有9項增強可靠性的重大措施，都是很有針對性的，主要是針對火箭多次發(fā)射存在的一些薄弱環(huán)節(jié)，也針對地面設(shè)備存在的一些不穩(wěn)定因素。

記 者:我們的航天發(fā)射幾乎是每發(fā)必成，似乎很容易，是這樣嗎？

李 聃:看到長征系列火箭連戰(zhàn)連捷，已經(jīng)連續(xù)70多次成功，似乎很容易，其實所有工作人員都付出了十分艱巨的努力。對我們來講，每一次發(fā)射都是一次巨大的挑戰(zhàn)，都是如履薄冰、如臨深淵。因為運載火箭是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，有很多零部件、很多系統(tǒng)構(gòu)成，每一個環(huán)節(jié)甚至是小到一個元器件的失效，都有可能導致火箭的飛行失誤。確保成功最主要的首先是靠質(zhì)量保障體系。從根本上講，就是要求每個工作人員把他所承擔的工作做好，做到位，這才是確保成功的根本。比如說設(shè)計，我們得確保設(shè)計正確，生產(chǎn)線上要確保加工的產(chǎn)品尺寸合格，測試就得確保測試項目齊全，測試指標合格。大家必須是所有的工作都要完成得非常好，那么所有的工作集合起來才能有一個非常好的結(jié)果，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)缺失都可能留下隱患。

記 者:要使“長征三號丙”火箭發(fā)射的遠地點接近38萬公里，技術(shù)上有什么突破？

李 聃：技術(shù)突破還是地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射技術(shù)，最大的差別體現(xiàn)在設(shè)計上，最后體現(xiàn)在火箭飛行控制的軟件上，我們要計算好很多參數(shù)。這種地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射技術(shù)我們從來沒有做過，在世界上其實是一種主流的發(fā)射方式?！版隙鹨惶枴卑l(fā)射我們采取了世界上獨一份的發(fā)射方式，沒有人這么做過，從“嫦娥二號”到后續(xù)的“嫦娥三號”、“嫦娥四號”，我們都將采用這種世界上主流的發(fā)射技術(shù)。像美國和前蘇聯(lián)這些航天大國都采用這種比較主流的方式，不過能采用這種方式的國家還不多。

記 者:我國第一次采用這種技術(shù)，科研人員怎樣確保這么大的跨越？

李 聃：從火箭的彈道設(shè)計來說，有很多約束條件，第一個是有效載荷對發(fā)射軌道的要求。第二個就是“長征三號甲”火箭采用的是內(nèi)陸發(fā)射場，這意味著火箭殘骸要落在我們的國土上，這是不能隨便落的，要落在我們劃定的范圍內(nèi)。還有一條約束是測控。我國測控是靠地面測量站和海上測量船來完成的，火箭不能說想飛到哪里就飛到哪里，要和測控配合起來才能保證火箭飛行過程中的實時數(shù)據(jù)能夠收到。還有天氣的限制等等。對這些約束條件，彈道設(shè)計都要考慮到。

另外，對地月軌道來講，地球和月球的相對位置是在不斷變化的，彈道設(shè)計要設(shè)計出合適的彈道傾角、飛行程序角，彈道偏角，最后設(shè)計完體現(xiàn)的是大量的飛行數(shù)據(jù)。這個設(shè)計的約束條件就是每天地月的位置是不一樣的，我們?nèi)胲夵c位置也不一樣。這幾天的發(fā)射火箭的飛行距離會相差2000公里以上，這是最大的一個差別。以往的話，今天發(fā)射是這個位置，明天發(fā)射還是這個位置，現(xiàn)在約束條件變了，每天都在變，我們要適應(yīng)這個每天都在變的情況，設(shè)計出一種合適的參數(shù)。

記 者:“長征三號丙”火箭在生產(chǎn)過程中是怎么樣保證質(zhì)量的？

孫 靖：211廠是總裝的集成企業(yè)，有著悠久的歷史，今年正好建廠100周年。目前，211廠具備了以火箭的總裝總測技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、特種加工技術(shù)和發(fā)動機制造技術(shù)、特別是低溫儲箱的制造技術(shù)為代表的綜合制造能力。

“長征三號甲”系列火箭是我國目前唯一的一種低溫運載火箭，211廠也是我國目前唯一的一家能夠制造低溫儲藏的企業(yè)。211廠在“嫦娥二號”任務(wù)中負責“長征三號丙”火箭的箭體結(jié)構(gòu)、發(fā)動機以及火箭的總裝總測工作。

為了確?！伴L征三號丙”火箭的生產(chǎn)、總裝和測試質(zhì)量，211廠做了一系列的工作：一是針對“嫦娥二號”的發(fā)射任務(wù)成立了專門的組織機構(gòu)，主要為了保證火箭的生產(chǎn)制造，保證時間節(jié)點。二是開展了正向質(zhì)量檢查，從開始生產(chǎn)制造就進行質(zhì)量確認，在全過程中都以零缺陷理念為指導搞好質(zhì)量保障。三是加強質(zhì)量信息化，把生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)進行數(shù)字化紀錄，形成數(shù)據(jù)包，有效保障信息的可靠性和正確性。四是開展產(chǎn)品生產(chǎn)的多媒體紀錄，就是用相機和攝像機把設(shè)計關(guān)注的、在操作時難以看到的部位拍攝下來，以便總裝完成后檢查。五是開展工藝精細化工作，確保生產(chǎn)過程中的所有工作都有量化標準，不僅僅是一些描述，避免因描述產(chǎn)生偏差。六是結(jié)合發(fā)射場工作環(huán)境和特點制定預(yù)案，并進行預(yù)案演練，使每個工作人員熟悉自己的崗位，保證按預(yù)定時間完成工作。七是提高獨立測試的能力，適應(yīng)高密度發(fā)射的需要，也更好地保證工作質(zhì)量。

“長征三號丙”火箭整流罩吊裝