長征六號技術(shù)新看點

由中國航天科技集團上海航天技術(shù)研究員抓總研制的長征六號運載火箭，作為我國新一代運載火箭的首飛箭，承載著運載火箭發(fā)展史上眾多創(chuàng)新之舉。全新的結(jié)構(gòu)形式、全新的動力系統(tǒng)、全新的電氣系統(tǒng)……這型20多年來我國首次全新研發(fā)的運載火箭，將對我國未來運載火箭的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

在此，讓我們細數(shù)一下長征六號的主要創(chuàng)新特點。

綠色環(huán)保：

開啟新一代運載新征程

近年來，世界各國都加大了對新型運載火箭研制的力度，大直徑、大運載能力、低成本、高可靠、無污染和易操作等成為后續(xù)運載火箭發(fā)展的趨勢。同時，受越來越旺盛的微小衛(wèi)星發(fā)射需求牽引，發(fā)展經(jīng)濟、靈活、便捷的運載火箭，適應國際商業(yè)發(fā)射需求，也成為一種發(fā)展趨勢。

由此，長征六號運載火箭應運而生。

長征六號作為我國新一代運載火箭中首型投入發(fā)射應用的火箭，首次采用了我國最新研制的高壓、大推力、無毒無污染的補燃循環(huán)液氧煤油發(fā)動機?；鸺患壷睆?.35米，采用單臺最大推力為120噸的液氧煤油發(fā)動機，二、三級直徑2.25米，分別采用一臺液氧煤油發(fā)動機和一臺常規(guī)推進劑發(fā)動機?；鸺痫w推力為1200千牛。

為獲得更大運載能力，長征六號火箭采用了一系列全新的設(shè)計方案，獨特的發(fā)動機氧箱自生增壓技術(shù)則是最大亮點。

火箭飛行中，需要不斷對發(fā)動機氧箱進行增壓。傳統(tǒng)設(shè)計中，需要額外增加獨立的增壓氣瓶，這會增加火箭的重量。自增壓方案利用發(fā)動機燃氣發(fā)生器的富余氧氣為一級氧箱進行增壓，能為火箭減少12個單獨增壓氣瓶以及一整套冗余增壓系統(tǒng)，可以大大優(yōu)化火箭總體方案并減少質(zhì)量隱患。由于該方案尚無應用先例，研制單位組織開展了大量試驗和攻關(guān)，并通過熱試車有效驗證了增壓系統(tǒng)的工作性能，僅增壓輸送系統(tǒng)就申請了16項專利。

此外，長征六號創(chuàng)造性地使用了發(fā)動機燃氣滾控系統(tǒng)，利用一級發(fā)動機渦輪泵后引出高溫高壓富氧燃氣，與發(fā)動機一起對火箭進行滾動姿態(tài)控制，以保證火箭飛行過程中的姿態(tài)穩(wěn)定。這在國際上屬于首創(chuàng)。

長征六號成功發(fā)射有效驗證了我國在大推力、高可靠性、高適應性、低成本、無毒無污染運載火箭領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)突破，標志著我國在運載火箭現(xiàn)代化、推進劑無毒化方向邁出了堅實一步，也拉開了我國新一代運載火箭投入使用的序幕。

多星發(fā)射：

邁向商業(yè)發(fā)射新起點

20世紀80年代，我國首次實現(xiàn)一箭三星發(fā)射技術(shù)，后續(xù)長征系列運載火箭也曾多次開展一箭多星的國內(nèi)國際發(fā)射任務。一箭多星發(fā)射可以充分利用運載火箭的運載能力余量，經(jīng)濟便捷地將搭載衛(wèi)星送入地球軌道，為衛(wèi)星發(fā)射服務提供多種選擇模式。

長征六號首飛采用了一箭20星狀態(tài)，將中國航天科技集團公司所屬航天東方紅衛(wèi)星有限公司、深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司和國防科大、清華大學、哈工大、浙江大學6家單位研制的20顆衛(wèi)星送入了預定的軌道，在國內(nèi)屬于首次。為了滿足多星發(fā)射的需求，長征六號還在國內(nèi)首次采用了全透波衛(wèi)星整流罩，使衛(wèi)星整流罩具備了全向透波能力，有力改善全箭力學環(huán)境和衛(wèi)星環(huán)境條件，使得衛(wèi)星在旅途中更加“舒適”。

通過對多星發(fā)射技術(shù)的探索，我國形成了系列化、標準化的多星發(fā)射接口，為今后進一步降低衛(wèi)星發(fā)射成本、提升多星發(fā)射能力奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

三平一快：“開著”火箭去發(fā)射

傳統(tǒng)火箭執(zhí)行發(fā)射任務，需要分段運輸至發(fā)射場，再在塔架上完成各子級的垂直吊裝總裝和測試?，F(xiàn)役運載火箭中，唯有執(zhí)行載人航天發(fā)射任務的長征二號F采用了垂直轉(zhuǎn)運模式。長征六號針對后續(xù)衛(wèi)星發(fā)射的需求，在國內(nèi)運載火箭領(lǐng)域創(chuàng)造性地采用了“三平”測發(fā)模式，對我國火箭測發(fā)模式進行了徹底變革。

“三平”指水平整體測試、水平整體星箭對接、水平整體運輸起豎發(fā)射。長征六號火箭以水平狀態(tài)，在廠房內(nèi)完成全箭總裝、測試以及與衛(wèi)星的對接，并被水平放置于專門研制的自行式整體運輸起豎車上，由起豎車運至發(fā)射工位，完成水平對接、翻轉(zhuǎn)起豎、垂直定位、燃料加注和發(fā)射等動作。整個過程一氣呵成，大大縮短了發(fā)射區(qū)操作時間和發(fā)射臺占用時間。按照設(shè)計，采用“三平”測發(fā)模式的長征六號的發(fā)射準備周期僅需7天，更符合衛(wèi)星發(fā)射低成本、短周期的需求。

為了適應火箭“三平”測發(fā)的需要，科技人員對地面測發(fā)控系統(tǒng)進行了創(chuàng)新改進，將各種測試設(shè)備集成安裝到五個方艙內(nèi)，形成了一輛移動的“體檢車”，車隨箭走，大大簡化了測發(fā)流程，減少了設(shè)備數(shù)量。

承載長征六號的自行式整體運輸起豎車也經(jīng)過了特別設(shè)計，集火箭運輸、起豎、發(fā)射臍帶塔功能于一體，火箭穩(wěn)穩(wěn)地“躺”在上面，就完成了從測試到加注發(fā)射的所有流程。起豎車還能實現(xiàn)自動無人駕駛，通過“收集數(shù)據(jù)—計算位置關(guān)系—規(guī)劃行駛路徑—路徑執(zhí)行”的循環(huán)，能夠保證車輛在發(fā)射陣地的自主導航駕駛及精確定位，三向定位精度誤差不超過5毫米。

精準控制：太空實現(xiàn)“上門投遞”

從地面將衛(wèi)星送入幾百公里外的地球軌道，飛行過程中的任何一個細微偏差，都可能導致不可挽回的損失。入軌精度越高，意味著衛(wèi)星進行軌道調(diào)整所耗費的能量越少，可以有效提高衛(wèi)星的在軌壽命。這是考驗火箭能力的重要指標。

火箭的飛行過程需要經(jīng)歷點火發(fā)射、級間分離、俯仰偏航、軌道修正、發(fā)動機關(guān)機及重新點火、載荷分離等一系列復雜動作，如何確保一系列動作的精準控制，這就要仰仗火箭的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”——控制系統(tǒng)了。

長征六號緊跟國際運載火箭發(fā)展趨勢，將控制、測量、供配電組成了全新的電氣系統(tǒng)，實現(xiàn)了箭上信息一體化、供配電一體化和地面測發(fā)控系統(tǒng)一體化，有效提高了火箭電氣系統(tǒng)的先進性、可靠性與適應性。在控制系統(tǒng)中，采用了雙八表捷聯(lián)慣組組合導航技術(shù)和迭代制導技術(shù)，綜合利用地面測控網(wǎng)、導航星座系統(tǒng)和中繼衛(wèi)星，實現(xiàn)天基測控和地基測控相結(jié)合，在火箭飛行過程中對火箭狀態(tài)進行實時測量，實現(xiàn)更高的導航精度，確保衛(wèi)星入軌精度達到百米級，實現(xiàn)點對點投放，達到了國際先進水平。

工藝革新：航天“智造”邁向工業(yè)4.0

長征六號在設(shè)計中緊跟國際先進水平，采用了全箭數(shù)字化協(xié)同研發(fā)及一體化總裝集成技術(shù)，引入數(shù)字化研發(fā)技術(shù)和Top-Down設(shè)計思想（即工業(yè)4.0技術(shù)），形成了從總體到分系統(tǒng)到重要單機、自頂向下的數(shù)字化設(shè)計流程，建立覆蓋總體、分系統(tǒng)及關(guān)鍵單機的三維數(shù)字樣機，替代實物模裝，大大降低了研制成本。

如果說將理論轉(zhuǎn)化為設(shè)計是考驗設(shè)計師的智慧，將設(shè)計轉(zhuǎn)化為實物考驗的則是制造能力。

長征六號一子級采用了單臺120噸液氧煤油發(fā)動機。在推力既定的情況下，要保證火箭的運載能力，減重是唯一的選擇。為了更好地降低火箭自重，長征六號首次采用了大溫差隔熱復合材料夾層共底貯箱。由于使用液氧煤油發(fā)動機，貯箱采用夾層共底結(jié)構(gòu)形式，意味著夾層共底要承受液氧、煤油兩個獨立系統(tǒng)的正壓、反壓載荷，同時還要抵抗液氧和煤油之間將近200℃的溫差。科技人員耗時16個月，研制了22個貯箱，開展了六次低溫加注、強度試驗，最終攻克了夾層共底研制難題，并掌握了激光掃描及仿形加工、結(jié)構(gòu)件整體膠接成型等關(guān)鍵制造技術(shù)。

低溫閥門的研制是另一道難關(guān)。長征六號的低溫閥門有40多種、90余件，零件生產(chǎn)的精度有的要比常溫閥門精確上10倍。液氧溫度低至零下183℃，作為火箭管路中的關(guān)鍵部件，閥門必須適應從零下196℃到50℃的大溫度跨差工況要求，否則溫差變化容易造成閥門產(chǎn)品的收縮、膨脹變形，從而影響氣密。這對閥門的原材料選型、零件機加工精度、裝配試驗維護等等產(chǎn)生了一系列的影響。為了將閥門的變形減到最小，科技人員開展了為期10個月艱苦攻關(guān)和試驗，最終掌握了低溫閥門研制技術(shù)。