走進神秘的探空火箭家族
——天鷹系列探空火箭發(fā)展記

□ 榮元昭

走進神秘的探空火箭家族
——天鷹系列探空火箭發(fā)展記

□ 榮元昭

近期，由中國航天科技集團四院（以下簡稱“四院”）自主研制的新一代兩級北斗/GPS定位體制氣象探測火箭圓滿完成飛行試驗，搭載的探空儀成功獲得全程跟蹤探測數(shù)據(jù)。該型火箭相對于傳統(tǒng)的雷達式探測體制，定位精度更高、探測成本更低、操作更方便，填補了國內(nèi)同類產(chǎn)品的空白。

一直以來，四院致力于加大軍民融合創(chuàng)新發(fā)展步伐，在完成國家指令性軍品科研生產(chǎn)任務(wù)的同時，依托固體火箭發(fā)動機專業(yè)的技術(shù)、能力和人才優(yōu)勢，以市場需求和經(jīng)濟發(fā)展為牽引，成功研制開發(fā)了天鷹系列探空火箭產(chǎn)品，在火箭探空領(lǐng)域嶄露頭角。目前已經(jīng)成為國內(nèi)探空火箭研制技術(shù)水平領(lǐng)先、探測高度最高、種類型譜最全、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)射數(shù)量最多的單位。

搭載鯤鵬一號探空儀的天鷹-3C探空火箭

探空火箭型譜化發(fā)展

千百年來，空間探索一直是人類和平利用太空的夢想。長征系列運載火箭家族成員眾多，能把重達幾噸的載荷送往外太空。而探空火箭雖小但五臟俱全，可以飛到兩三百千米的高空，具有成本低、研制周期短、發(fā)射時間受限小等優(yōu)點，是進行空間探測和科學(xué)試驗的有效探測工具。

作為我國歷史最久、種類最全、規(guī)模最大、實力最強的固體火箭發(fā)動機研制、生產(chǎn)和試驗基地，四院依托豐富的固體發(fā)動機型號資源優(yōu)勢，1996年開始開發(fā)天鷹探空火箭系列產(chǎn)品。經(jīng)過近年來的發(fā)展，四院已經(jīng)建立了一套專業(yè)的探空火箭研發(fā)隊伍，建立了火箭總體設(shè)計、控制、電氣、測試、發(fā)射等技術(shù)專業(yè)，形成一套獨特的探空火箭技術(shù)研發(fā)途徑，突破和掌握了火箭地面發(fā)射發(fā)控技術(shù)、多截面分離技術(shù)、有效載荷拋撒釋放技術(shù)、高空開傘技術(shù)、試驗艙起旋穩(wěn)定技術(shù)、有效載荷安全回收技術(shù)和箭地遙測通訊技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，具備了完善的探空火箭總裝、測試和環(huán)境試驗條件及完備的供應(yīng)鏈體系，按照“模塊化、通用化、標準化”的設(shè)計理念，成功研制開發(fā)了7個系列20余個型號，有效載荷0.5千克～260千克，直徑50毫米～750毫米，探測高度1千米～500千米的系列化產(chǎn)品型譜，用于氣象探測、空間科學(xué)探測、空間微重力和空間物理實驗以及有效載荷搭載試驗等諸多領(lǐng)域。

在氣象探測方面，可將衛(wèi)星導(dǎo)航探空儀、雷達模式探空儀和“落球”探空儀等送入臨近空間，完成對大氣溫度、密度、風(fēng)速等大氣要素進行原位探測。在天文物理探測方面，可以對電離層、地球磁場、宇宙線、高層大氣、太陽紫外線和X射線、隕塵等進行探測研究。同時還可以用于空間新技術(shù)驗證，微重力條件下的物理、生物等科學(xué)試驗。

目前，該系列探空火箭已成功發(fā)射200余發(fā)，成功完成了我國“子午工程”科學(xué)探測、空間環(huán)境垂直探測、大型發(fā)射任務(wù)氣象服務(wù)保障等多項任務(wù)，已列入中國航天科技集團公司運載火箭系列型譜。

巡看高空數(shù)“天鷹”

天鷹家族的老大名叫天鷹-3。據(jù)說是因為在它誕生的時候，四院已經(jīng)有了增雨防雹火箭等民用產(chǎn)品，所以便從“3”開始命名。2000年，四院研制的第一枚探空火箭飛行成功。它高6.1米、重1.16噸，能夠?qū)?0千克的載荷發(fā)到220千米的高度。2001年，家族的第二位成員天鷹-4誕生。它的構(gòu)造和老大基本相同，但身體嬌小許多——高3.38米、重150千克。因此，它只能帶動5千克以下的載荷，并把其送到80千米的高度。這使得它能很好地用于探測60千米以下高空環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)。

之后，天鷹家族又陸續(xù)誕生了很多兄弟姐妹，它們大多是在天鷹-3、4的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。與老大相似的天鷹-3A、天鷹-3B、天鷹-3C、天鷹-3D、天鷹-3E一誕生便投入到應(yīng)用中，其中兩個還參加了我國空間環(huán)境地基監(jiān)測系統(tǒng)工程——子午工程，為中國航天和空間技術(shù)的發(fā)展作出了突出貢獻，徹底打響了天鷹探空火箭的名號。2014年誕生的天鷹-3G身高達9.1米。它比之前的兄弟們增加了一級發(fā)動機，成為兩級火箭。自然，它的能力也更強，能夠飛到300千米的高空，比其他家族成員飛行最高高度還要多出近100千米。天鷹-3G還有一個不同之處——有控制系統(tǒng)，相比于其他家族成員，它能夠更好地控制飛行路線，再也不會被風(fēng)吹著跑。

在20年的發(fā)展歷程中，四院探空火箭還經(jīng)歷了從一級發(fā)動機到兩級發(fā)動機，從無控到有控的變化。目前，家族里年齡最小的成員是天鷹-3F，是擁有兩級發(fā)動機的無控火箭，最高發(fā)射高度為320千米。它誕生于2016年，剛剛在國家“863計劃”空間環(huán)境垂直探測試驗中大出風(fēng)頭。天鷹-6是還在襁褓中的小Baby，雖然輩分小，但它的能力卻是目前家族里最強的，可將150千克有效載荷運送到500千米高空，身高也達到了11.5米。

2012年珠海航展上展出的天鷹系列探空火箭

四院探空火箭目前正處在工程化發(fā)展中。其中，天鷹-4系列探空火箭已發(fā)展成為集發(fā)射車、指揮通信車、氣象雷達車在內(nèi)的氣象探測系統(tǒng)集成產(chǎn)品。

低空靈動的天鷹Smart

作為天鷹家族的“近親”，天鷹Smart系列火箭就是個小不點，主要用于探測60千米以下的低空環(huán)境，有效載荷從0.5千克～1.9千克不等，被應(yīng)用于我國氣象探測、防災(zāi)減災(zāi)、人工影響天氣等領(lǐng)域。

天鷹Smart1是家族的老大，屬于低空探空火箭，是個身高僅0.8米的“小個子”，質(zhì)量僅1.3千克，只能飛到1千米內(nèi)的空間。它根據(jù)大氣波導(dǎo)探測需求研制，用于探測溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向，目前已完成設(shè)計鑒定并已提供多個用戶使用。其后誕生的天鷹Smart2中低空探空火箭，身高長到了1.57米，探測高度也升至了8千米，已經(jīng)承擔并成功完成了多次重大活動氣象保障服務(wù)和氣象科研項目技術(shù)服務(wù)任務(wù)。家族中還有兩個神秘的成員——天鷹Smart3和天鷹Smart4，它們目前還處在研制階段，都是根據(jù)國家氣象部門大氣探測需求研制，用于大氣溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向探測，天鷹Smart3可以飛到12千米的高空，而天鷹Smart4可以飛至20千米。

工作人員準備將探空火箭安裝在發(fā)射架上

家族最小的成員天鷹Smart5與其他天鷹Smart的最大不同是，它已經(jīng)成為一套完善的探空火箭探測系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)定點發(fā)射，也可以進行車載發(fā)射，可以用來探測20千米～60千米的高空，且具有系統(tǒng)簡單、操作方便、精度高、安全性高的特點。目前已經(jīng)完成了三次關(guān)鍵技術(shù)驗證飛行試驗并取得成功，獲取了大量珍貴試驗及探測數(shù)據(jù)。

為滿足未來空間科學(xué)試驗和科學(xué)研究對探空火箭的更高需求，四院正在開展500千米以上探測高度，有效載荷200千克以上新型探空火箭研制工作。隨著時間推移，這兩個探空火箭家族將越來越龐大，能力也越來越強。它們一定會變得更出色、更優(yōu)秀，為航天事業(yè)和空間科學(xué)技術(shù)發(fā)展作出重大貢獻?！?/p>